探討厚礦層沖擊地壓預(yù)測分析和支護(hù)技術(shù)

安黨佳

（陜西長武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713602）

我國的礦產(chǎn)中深井開采較多，而深層的礦產(chǎn)中發(fā)生沖擊地壓的概率比淺層礦產(chǎn)更高，沖擊地壓不但會損壞采礦的設(shè)備，使礦道變形，嚴(yán)重的還會對人身安全造成威脅，因此研究對沖擊地壓的預(yù)測和支護(hù)技術(shù)，以減小沖擊地壓帶來的損害，對于保障我國礦產(chǎn)的安全生產(chǎn)有著重要意義。

1 沖擊低壓發(fā)生的條件

開采時(shí)，壓力的形成原因是多種多樣的，主要是外部因素，在強(qiáng)彈性勢能不斷累計(jì)的情況下形成地壓。由于巖體可以利用自身來儲存能量，因而在遭受更大的壓力或者出現(xiàn)突發(fā)性事件時(shí)，便會釋放出已儲存的能量。

礦層沖擊傾向性：一般情況下，對于礦層而言，在其收到壓力時(shí)，均會出現(xiàn)撞擊的情況，但是也會有一部分礦層在未收到撞擊時(shí)產(chǎn)生沖擊壓力?？偠灾?，巖礦的結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)條件的異常、巖礦的壓力等因素，均會對巖礦產(chǎn)生不同程度的影響。

斷層和褶曲：整個(gè)開采的過程中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)也會對地面壓力產(chǎn)生重要影響，最常見的包括斷層、褶皺等現(xiàn)象。傾斜曲線一旦發(fā)生改變，便會對沖擊地壓產(chǎn)生影響，進(jìn)而出現(xiàn)壓力，并且沖擊地壓的發(fā)生也與斷層具有很大關(guān)系，特別是斷裂帶與礦層傾角帶來的重大影響。一般來說，地質(zhì)對沖擊地壓進(jìn)行控制的過程中，主要可以劃分成兩種類型，第一種類型是加壓，第二種類型便是減壓。

上覆巖層情況：是影響沖擊地壓發(fā)生安全隱患的一種主要因素，在采礦的過程中，因硬頂可以承受一定程度上的壓力，因此不太可能出現(xiàn)瞬間坍塌的局面。但是，一旦在很長一段時(shí)間內(nèi)累計(jì)壓力與能量，且在出現(xiàn)大面積增加的情況，那么在硬頂壓力無法承受這些壓力之時(shí)，便會形成動(dòng)態(tài)載荷導(dǎo)致強(qiáng)大的沖擊壓力。

2 沖擊地壓預(yù)測方法

（1）鉆屑率指標(biāo)法。鉆屑率指標(biāo)法又稱為鉆孔檢查法，其工作原理是在受壓的礦層中，通過專門工具鉆小直徑鉆孔，之后按照斷裂量的改變針對性的鉆深度不同的鉆孔，之后再利用專業(yè)設(shè)備或者工作人員的專業(yè)性，對巖礦的壓力分布進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果合理的尋找沖擊地壓的位置，進(jìn)而最大可能的降低安全隱患的發(fā)生幾率。若在鉆孔期間中單位排粉量超過限制或者出現(xiàn)動(dòng)力效應(yīng)，則是應(yīng)力集中程度高，沖擊危險(xiǎn)度也會相應(yīng)的提高。

（2）微震探測法。微震探測法主要是監(jiān)測聲音信號，工作人員在地下采掘時(shí)，會導(dǎo)致巖礦體出現(xiàn)破裂，進(jìn)而產(chǎn)生的聲音信號，通過收集這種聲音信號，便能夠?qū)r體的破壞以及發(fā)展趨勢，展開分析與判斷，在此基礎(chǔ)上，對沖擊地壓實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測。與其他類型的監(jiān)測系統(tǒng)相比，微震檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，其可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的連續(xù)監(jiān)測，并且在空間監(jiān)測上，也不再局限于某一點(diǎn)或某一條線的檢測，而是能夠?qū)崿F(xiàn)對一定三維空間的檢測[1]。

（3）地音探測法。地音監(jiān)測法也是一種連續(xù)的動(dòng)態(tài)化的系統(tǒng)監(jiān)測方法，一般情況下，需要在監(jiān)測地點(diǎn)事先布置好若干個(gè)地音探頭，利用地音探頭便能夠?qū)崿F(xiàn)對多個(gè)監(jiān)測區(qū)域的同時(shí)監(jiān)測，之后再利用監(jiān)測裝置對地音信號進(jìn)行收集，在經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與分析之后，再進(jìn)行圖表的繪制，以及報(bào)表的統(tǒng)計(jì)，最后對該監(jiān)測區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。

3 沖擊地壓支護(hù)技術(shù)

（1）理論基礎(chǔ)。通常情況下，構(gòu)造應(yīng)力、彈性變形等是導(dǎo)致沖擊地壓的最主要因素，此處所說的構(gòu)造應(yīng)力主要是指水平應(yīng)力，這種應(yīng)力會使得底板巖層受到一定程度額破壞，但是水流方向能夠在一定程度上降低巖石縫隙中的摩擦力。站在動(dòng)力學(xué)的角度分析，可以將受到?jīng)_擊載荷作用的巷道圍巖以及支付對應(yīng)變?yōu)槲锢砟Ｐ汀?/p>

之后通過有限元軟件與動(dòng)力學(xué)展開分析，設(shè)計(jì)出一種新的巷道液壓支架方法，主要是由頂梁、地梁-連桿，以及三根液壓支柱組成。其中，這三根液壓支柱的最大承載重量為6000KN，屬于最主要的支架承載結(jié)構(gòu)[2]。該結(jié)構(gòu)能夠顯著增強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的剛度，以此來增強(qiáng)支護(hù)機(jī)構(gòu)的防護(hù)能力，進(jìn)而提升圍巖的抗沖擊性能，為支護(hù)系統(tǒng)的安全性提供重要保障。

（2）支護(hù)阻力對沖擊地壓產(chǎn)生的影響。實(shí)際上，支護(hù)系統(tǒng)除了必須要具備一定剛度，還要具有一定的彈性支撐。站在動(dòng)力學(xué)的角度分析，支護(hù)阻力能夠顯著減少圍巖應(yīng)力所帶來的影響。因而為了盡可能的降低圍巖應(yīng)力帶來的影響，應(yīng)采取科學(xué)、有效的措施提升支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)阻力。具體來說，一方面，可以通過注入泡沫金屬材料的方法提升支護(hù)系統(tǒng)的阻力。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可以總結(jié)出，注入多孔金屬泡沫材料能夠顯著增強(qiáng)支護(hù)阻力，提升支護(hù)效果，這一方法在沖擊地壓巷道支護(hù)中也具有較好的應(yīng)用效果。并且，材料中的硅含量越高，材料的強(qiáng)度越高，與此同時(shí)其最大的抗壓壓強(qiáng)能夠達(dá)到5MPa上下，在載荷試驗(yàn)中，強(qiáng)度也會不斷提升。另一方面，采用增強(qiáng)吸構(gòu)提升支護(hù)阻力的方式。在屈曲理論的基礎(chǔ)上分析，目前存在一種結(jié)構(gòu)特殊的吸能構(gòu)建，一般稱之為曲殼折棱管。該結(jié)構(gòu)屬于薄壁的金屬器件，軸向載荷時(shí)既存在自身結(jié)構(gòu)發(fā)生定向結(jié)構(gòu)屈服變形的情況，同時(shí)又存在吸能與讓位增阻的特點(diǎn)，在變形之后也會比較穩(wěn)定。

（3）防沖吸液壓支架。通過前文分析，可形成以支架為主的支護(hù)頂板，其具有以下幾方面特征：①能夠調(diào)節(jié)承載峰值，在不同支護(hù)狀態(tài)與條件下，能夠通過設(shè)定一樣的承載力，來滿足整體承載需求，而當(dāng)沖擊載荷大于設(shè)定值時(shí)，折棱管便會立刻變形，以此來起到增加阻力的效果，盡可能的降低沖擊力對支架結(jié)構(gòu)的影響。②變形讓位行程較長，因其自身具有很大的變形量，能夠緩解支架產(chǎn)生的沖擊載荷，釋放沖擊能力。③反作用力的穩(wěn)定性。此種支護(hù)頂板自身的結(jié)構(gòu)變形中，具有非常穩(wěn)定的反作用力，能夠顯著增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低因讓位而出現(xiàn)的直接結(jié)構(gòu)變形這一問題。

4 結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷提升，礦產(chǎn)的需求量日益增加，這便導(dǎo)致礦產(chǎn)開采力度的不斷增加，開采深度不斷加深，嚴(yán)重增加了礦壓動(dòng)力隱患，嚴(yán)重威脅著礦井安全。在本文研究中，主要介紹了沖擊地壓發(fā)生的條件，一是礦層沖擊傾向性，二是斷層和褶曲，三是上覆巖層情況，同時(shí)分析了沖擊地壓預(yù)測方法，包括鉆屑率指標(biāo)法、地震探測法以及地音探測法，在此基礎(chǔ)上對沖擊地壓支護(hù)技術(shù)展開了深入研究，首先對沖擊地壓礦井巷道支護(hù)的理論進(jìn)行了分析，之后研究了支護(hù)阻力對巷道沖擊地壓帶來的影響，并在最后對防沖吸巷道液壓支架的應(yīng)用展開了簡單研究，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)闆_擊地壓礦井巷道的支護(hù)質(zhì)量提供根本上的保障。