煤礦沖擊地壓產(chǎn)生機理及防治措施探討

李華山

摘 要：長期以來，煤礦沖擊地壓一直是煤礦開采主要災(zāi)害之一。隨著我國煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展與能源需求的不斷加大，煤礦井下開采超千米的礦井逐步增加，在保障能源使用的同時，也增加了沖擊地壓形成的機率?；诖?，本文對煤礦沖擊地壓的產(chǎn)生機理進(jìn)行闡述，并對防治措施進(jìn)行深入的探討，以增加對沖擊地壓的預(yù)防與處置能力，為煤礦產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)提供保證。

關(guān)鍵詞：煤礦沖擊地壓；機理；防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.083

沖擊地壓是煤礦開采行業(yè)面臨的主要威脅之一，它是一種礦山的動力現(xiàn)象，會導(dǎo)致煤礦巷道發(fā)生變形和礦井支架損壞，甚至導(dǎo)致礦井的損毀和人員的傷亡[1]。因此，對于煤礦開采過程中沖擊地壓的形成機理研究，以及對其防治措施的探討尤為必要，也是煤礦行業(yè)在未來發(fā)展中最重要的安全舉措。

1 煤礦沖擊地壓的形成機理

1.1 強度理論

強度理論中認(rèn)為，煤礦礦山在未進(jìn)行開采之前，煤層處于堅硬的巖層夾持之下，這種夾持力會在煤層中產(chǎn)生高壓及高彈性，使能量大量集中于煤層壁區(qū)域，并保持相對力的平衡。而隨著煤礦開采深度的增加，煤層所受的夾持力也不斷發(fā)生變化，其應(yīng)力也隨之加大，伴隨煤礦開采作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，逐步打破了其所承受力量的平衡，使煤巖向采空區(qū)域變形與擠壓，從而形成沖擊地壓。

1.2 能量理論

煤礦礦山中由于受引力、重力等因素的影響，其內(nèi)部存在著復(fù)雜且巨大的能量。當(dāng)煤礦開采作業(yè)進(jìn)行到一定的程度時，會打破煤礦地質(zhì)中的能量平衡，使煤層釋放出大量的能量，并呈現(xiàn)于礦井采空區(qū)域，從而引發(fā)沖擊地壓。能量理論將煤礦沖擊地壓與能量進(jìn)行聯(lián)系，并在兩者間建立起相對平衡關(guān)系。

1.3 沖擊傾向理論

沖擊地壓形成的前提是具有沖擊傾向性的煤體，煤體應(yīng)變所釋放的空間成為了沖壓地壓發(fā)生的必要條件。有研究表明，煤體沖擊傾向判斷指標(biāo)包括沖擊能量指數(shù)、彈性能指數(shù)、煤樣產(chǎn)生動態(tài)破壞的時間等，并根據(jù)不同的類型進(jìn)行分類，當(dāng)實際沖擊傾向大于其極限值時， 煤體產(chǎn)生沖擊地壓的風(fēng)險將會不斷增加。

2 煤礦沖擊地壓的監(jiān)測技術(shù)

2.1 圍巖變形監(jiān)測技術(shù)

由于煤礦開采的縱深推進(jìn)，會逐步導(dǎo)致其巷道產(chǎn)生大量移動和變形，最突出的表現(xiàn)是煤層頂板出現(xiàn)下移，致使礦井內(nèi)通風(fēng)、運輸及行人造成顯著的影響。通過實踐表明，當(dāng)?shù)V井巷道形變增加大，說明煤層巖質(zhì)較為松軟，煤體的剛度也相對較小，此情況下不易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害。而當(dāng)巷道形變量變小時，則表明煤體剛性強，發(fā)生脆性破壞的概率也隨之增加。此時的煤層內(nèi)部所蘊含的能量相對比前者更為巨大，由此可判斷其發(fā)生巖爆的可能性大大增加，因此礦井巷道形變量是有效預(yù)測沖擊地壓的重要方法。

2.2 鉆屑技術(shù)

鉆屑技術(shù)是在預(yù)測煤礦沖擊地壓形成的有效方法，它主要是通過在煤體中進(jìn)行鉆孔，在不同的位置提取煤粉量，以掌握煤體的變化規(guī)律并進(jìn)行監(jiān)測。一般情況下，當(dāng)不同深度的煤粉量超過其極限值時，將極可以發(fā)生沖擊地壓，而如果鉆孔深度是煤層開采深度的倍時，則發(fā)生沖擊地壓的可以性大大減小。鉆屑法由于受到很多限制，且對于操作技術(shù)要求較高，其實施相對困難，但不失為一種有效的沖壓地壓監(jiān)測方式。

2.3 電磁輻射探測技術(shù)

電磁輻射探測是基于現(xiàn)代科技的一種監(jiān)測方法，它依賴于對煤巖體特變化所產(chǎn)生的輻射特征進(jìn)行判斷，進(jìn)而對瓦斯風(fēng)險、沖擊地壓等礦井災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測[2]。電磁輻射探測技術(shù)會在煤礦的開采中對煤體的變化進(jìn)行密切的監(jiān)視，對煤體及瓦斯的電磁信號進(jìn)行充分的分析，當(dāng)電磁信號變強時，將增加發(fā)生巖爆及沖擊地壓的可能性。

3 煤礦沖擊地壓防治技術(shù)措施探索

3.1 開采解放層

依據(jù)煤層的分析及貯存特點，煤群之間會存在相對聯(lián)系性，當(dāng)一個煤層開采完畢后，能夠使相鄰煤層獲得一定時間段的卸載，也就是彈性能量的釋放，也被煤礦開采行業(yè)稱為開采解放層。對于解放層的開采應(yīng)當(dāng)選擇無沖擊傾向，或者沖擊地壓傾向較弱的煤層進(jìn)行，并在開采的過程中加強對開采時間及空間的把握，避免在開采的過程中留設(shè)煤柱，在開采解放層的過程中既可上行開采也可以下行開采。實施開采解放層后，被解放煤層的開采時間一般為2年。同時，對解放層的開采需要進(jìn)行大量的驗證，在條件允許和必要時進(jìn)行三維模擬，以確保開采的可靠性。

3.2 卸壓爆破

卸壓爆破針對的主要對象是已經(jīng)形成沖擊危險的煤體，以通過爆破的方法使應(yīng)力集中的效應(yīng)減緩。在廣泛的實踐中表明，卸壓爆破被普遍的應(yīng)用于煤礦沖擊地壓的治理中，其有效性也得到了廣泛認(rèn)可，它具有快速反應(yīng)的特點，是現(xiàn)場解除危機的有效手段。

3.3 煤層注水

煤層注水是一種超前的煤礦沖擊地壓防治方法，通過對煤體進(jìn)行預(yù)注水以改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，以有效的降低發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險，也是一種較為有效的防治措施。對煤層的注水可以利用液壓鉆機施工法進(jìn)行，孔徑為75-80mm，并依照不同煤層的特點及條件選擇15m的濕潤半徑，孔間距13m為宜，孔深25-40m，封孔長度一般為10-12m，注水壓力值6-12mpa。對于超前注水防治措施的應(yīng)用，必須要掌握煤層工作面開采的特點，對吸水性好的煤層要提前1個月，對吸水性差的煤層要提前2-3個月，并且在注水的過程中要不斷提高水壓，進(jìn)行中、高壓注水，以保證對煤層起到軟化效果。其標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)煤層的含水量達(dá)到3%時，則煤層的沖擊傾向基本得到消除。

4 結(jié)語

綜上所述，沖擊地壓是當(dāng)前煤礦開采中主要的災(zāi)害因素之一，對于其形成機理及防治措施的掌握，將有效的保證煤礦開采中的施工及人員安全，提升煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。同時，隨著煤礦開采行業(yè)的不斷發(fā)展，其開采所需的技術(shù)要求也逐步提高，沖擊地壓作為煤礦領(lǐng)域的難題，必須予以有效的解決，并在煤礦開采的過程中不斷進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，隨時掌握礦井煤層的變化，加強對安全風(fēng)險的防控能力，以保證煤礦開采企業(yè)免受沖擊地壓災(zāi)害的影響，提升我國煤礦開采的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海.煤礦沖擊地壓的機理及監(jiān)測[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2015（05）

：159，192.

[2]楊勇.淺談煤礦沖擊地壓機理與預(yù)測防治方法[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（04）：41-42.