淺析煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理及防治措施

冀紅晨

摘要：沖擊地壓是煤礦的五大災(zāi)害之一，煤礦在開采過程中發(fā)生沖擊地壓會(huì)導(dǎo)致巷道變形破壞嚴(yán)重，支架壓壞、壓死現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生人員傷亡事故。因此，研究沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理并建立可靠的預(yù)測體系，針對不同條件下的沖擊地壓采取有效的防治措施，是煤礦進(jìn)行安全生產(chǎn)的重中之重。本文主要分析探討了煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理及防治措施，以供參閱。

關(guān)鍵詞：煤礦;沖擊地壓;發(fā)生機(jī)理;防治措施

1煤礦沖擊地壓形成機(jī)理分析

通常，煤礦沖擊地壓的發(fā)生都是有一些條件的，是煤層以及應(yīng)力等共同影響的結(jié)果。沖擊地壓出現(xiàn)的主要條件是煤巖體，具備較強(qiáng)的沖擊傾向性。煤巖體積累的彈性應(yīng)變能可以釋放的足夠空間是發(fā)生沖擊地壓的前提條件，而出現(xiàn)沖擊地壓的誘發(fā)條件是煤巖體積累能量的應(yīng)力加載。必須要兼具以上這些條件，才有可能出現(xiàn)沖擊地壓。結(jié)合煤巖沖擊失去穩(wěn)定性的物理特點(diǎn)，可以將沖擊地壓劃分為三大類，一是巖爆型沖擊地壓，二是頂板垮落型沖擊地壓，三是構(gòu)造型沖擊地壓。首先，巖爆型沖擊地壓主要是指煤巖體一直積累彈性應(yīng)變能，在能量上升到煤巖的最大承載力時(shí)，煤巖就會(huì)出現(xiàn)瞬間爆炸的情況，其具體表現(xiàn)是彈射以及拋出媒體。然后，頂板垮落性沖擊地壓，主要是指推過回采工作面后，上部較厚而硬度較高的頂板始終沒有垮落，在懸頂面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值時(shí)，頂板瞬間出現(xiàn)折斷而造成的沖擊波強(qiáng)烈性損壞。最后，構(gòu)造型沖擊地壓通常出現(xiàn)在構(gòu)造條件相當(dāng)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，因?yàn)闃?gòu)造應(yīng)力過于集中導(dǎo)致的煤巖失去穩(wěn)定性沖擊損壞。從而，結(jié)合不同的出現(xiàn)位置，能夠?qū)_擊地壓劃分為兩大類，一是掘進(jìn)沖擊地壓，二是回采沖擊地壓。首先，掘進(jìn)沖進(jìn)地壓通常出現(xiàn)在巷道掘進(jìn)中，與巷道的布局位置以及布局方法存在聯(lián)系。其次，回采沖擊地壓出現(xiàn)在回采工作面的推進(jìn)中，一般和回采工作面的回采時(shí)間以及長度存在聯(lián)系。

2影響沖擊地壓發(fā)生的原因及因素

（1）自然地質(zhì)因素：主要包括受采深、地質(zhì)構(gòu)造及煤巖結(jié)構(gòu)和力學(xué)影響一般在達(dá)到一定開采深度后才開始發(fā)生沖擊地壓，此深度稱為沖擊地壓臨界深度。臨界深度值隨條件不同而異，一般大于200m?？偟内厔菔请S采深度增加，沖擊危險(xiǎn)性增加。這主要是由于隨采深增加，原巖應(yīng)力增大緣故。地質(zhì)構(gòu)造如褶曲、斷裂、煤層傾角及厚度突然變化等也影響沖擊地壓的發(fā)生。寬緩向斜軸部抑郁形成沖擊地壓;斷裂猶如一個(gè)開采邊界，若回采方向朝向斷層面，則沖擊危險(xiǎn)增加;煤層傾角和厚度局部突然發(fā)生變化地帶，實(shí)際是局部地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力積聚地帶，因而極易發(fā)生沖擊地壓。關(guān)于煤巖結(jié)構(gòu)及性能的影響。堅(jiān)硬、厚層、整體性強(qiáng)的頂板（老頂），易形成沖擊地壓;直接頂厚度適中，與老頂組合性好，不易冒落，沖擊危險(xiǎn)較大;煤的強(qiáng)度高、彈性模量大、含水量低、變質(zhì)程度高、暗煤比例大，一般沖擊傾向較強(qiáng)。（2）開采技術(shù)因素：開采多層煤時(shí)，任何造成應(yīng)力集中的因素，如開采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開采錯(cuò)距不合適等，均對防治沖擊地壓不利。從防治沖擊地壓的角度而言，壁式開采優(yōu)于柱式開采，旱采優(yōu)與水采;直線工作面優(yōu)于曲線工作面，冒落法優(yōu)于充填法。煤柱和開采邊界是最主要的應(yīng)力集中因素，應(yīng)盡量避免和減少這些因素的有害影響。一般講，隨開采速度和開采強(qiáng)度增加，沖擊危險(xiǎn)性有加大的趨勢。

3礦沖擊地壓防治措施

3.1煤層注水

煤層注水后煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使煤的強(qiáng)度以及煤體彈性能的能力下降，沖擊傾向性也隨著減弱，有時(shí)會(huì)完全沒有沖擊能力。煤層注水采用的是長鉆孔交叉的注水方法。順著巷道走向的煤壁每10m留1個(gè)鉆孔，并且孔長為60m，孔寬是65mm，利用封孔器進(jìn)行封孔。在動(dòng)壓注水30h之后，動(dòng)壓注水換為靜壓注水，到巷幫濕潤結(jié)束。在注水的過程中，如果遇到煤層比較堅(jiān)硬，密度較大，那么在注水孔的工作完成之后，要在孔內(nèi)裝藥進(jìn)行爆破，好擴(kuò)展孔壁的裂縫數(shù)量，以增大注水浸潤的面積。

3.2優(yōu)化沖擊區(qū)域支護(hù)方式

對存在沖擊危險(xiǎn)性的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化，加大支護(hù)參數(shù)，通過加強(qiáng)支護(hù)可以降低沖擊地壓發(fā)生過程中釋放的能量總量，釋放速度也顯著降低，加強(qiáng)支護(hù)有利于巷道圍巖的穩(wěn)定性。對于受到?jīng)_擊地壓影響的巷道，除了使用常規(guī)的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式外，還需要在巷道外圍采用36或40的U型鋼進(jìn)行支護(hù)，建立U形棚，還可以使用大立柱鋼梁增加巷道穩(wěn)定性。使用吸能支護(hù)材料也是受沖擊地壓影響巷道的常用支護(hù)方法。

3.3沖擊地壓的解危措施

解危措施簡單地說就是對容易產(chǎn)生沖擊地壓的區(qū)域采取相應(yīng)的措施，當(dāng)發(fā)生沖擊地壓時(shí)能夠及時(shí)采取措施應(yīng)對，具體的解決措施是松動(dòng)爆破和震動(dòng)爆破。松動(dòng)爆破主要是利用炸藥的威力來擴(kuò)大巖體的空隙，達(dá)到改變煤巖體性質(zhì)的目的。震動(dòng)爆破是指讓應(yīng)力的集中區(qū)域受到振動(dòng)波的影響，誘發(fā)小規(guī)模的沖擊地壓，釋放煤巖體的能量，避免大規(guī)模事故的發(fā)生。

3.4臨時(shí)卸壓式方法和循環(huán)卸壓式方法

礦井開采初期一般不會(huì)出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象。在工作面開采后期，沖擊地壓顯現(xiàn)劇烈，此時(shí)，可以采用迎頭或幫部卸壓爆破以及施工煤巷大鉆孔的方法進(jìn)行臨時(shí)卸壓。采用迎頭或幫部卸壓爆破防治沖擊地壓，主要是利用超前松動(dòng)爆破人為改變煤體結(jié)構(gòu)，將賦存在煤體中的高能量提前釋放。在應(yīng)力異常區(qū)進(jìn)行卸壓爆破時(shí)，需要多次進(jìn)行爆破卸壓，直到消除沖擊危險(xiǎn)為止。采用煤巷施工鉆孔卸壓方法是利用鉆屑法或電磁輻射法對煤層沖擊傾向性進(jìn)行預(yù)測后，對于可能發(fā)生沖擊危險(xiǎn)性的區(qū)域采用大鉆孔卸壓防沖措施，在形成卸壓保護(hù)帶之后再進(jìn)行煤層開采。循環(huán)卸壓式方法是利用沖擊地壓監(jiān)測結(jié)果和工作面頂板周期性活動(dòng)規(guī)律，對存在沖擊危險(xiǎn)性的區(qū)域進(jìn)行循環(huán)式卸壓爆破施工，并將中厚煤層進(jìn)行周期性預(yù)裂斷頂。

4結(jié)束語

總之，面對煤礦沖擊地壓不斷發(fā)生的局面，加強(qiáng)防治工作刻不容緩。在制定具體的防治方案之前需要對礦井沖擊地壓產(chǎn)生的原因有正確的認(rèn)識，找出問題的根源，這樣才能制定最適合本礦井的措施。開采的方式、強(qiáng)度以及圍巖的結(jié)構(gòu)等都有可能引發(fā)大規(guī)模的沖擊地壓，加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控、合理設(shè)計(jì)和布局采掘作業(yè)、加強(qiáng)發(fā)生機(jī)理和防治措施的研究、加大投入和對職工的培訓(xùn)等都有利于對沖擊地壓進(jìn)行防治。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊亞帆.煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理及防治措施[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì).2018（10）.

[2]張建平.煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)的研究[J].山東工業(yè)技術(shù).2019（05）.

（作者單位：兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦普掘工區(qū)）