煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用研究

田寶 魏中

摘 要：沖擊地壓作為一種特殊的礦壓顯現(xiàn)形式，近年來隨著煤礦開采深度的不斷增加，其危害日趨嚴(yán)重。我國煤礦自1933年在撫順勝利煤礦首次發(fā)生沖擊地壓以來，截至到2016年沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量達(dá)到167對(duì)，山東省內(nèi)沖擊地壓礦井56對(duì)，近年來每年都有因沖擊地壓導(dǎo)致的人員傷亡事故，沖擊地壓的有效防治已成為我國井工煤礦亟需解決的主要問題。對(duì)此，文章就煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了簡要的分析和研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦沖擊地壓;防治技術(shù);應(yīng)用研究

1 引言

煤礦沖擊地壓的發(fā)生頻率、強(qiáng)度及區(qū)域急劇攀升，可以說解決沖擊地壓問題已經(jīng)迫在眉睫?？偟膩碚f，雖然取得了大量十分有價(jià)值的成果，但是我國沖擊地壓機(jī)理問題的解決還需做大量的工作。因此，在目前研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)該嘗試從應(yīng)力的控制對(duì)其特殊地質(zhì)條件下沖擊地壓的相關(guān)規(guī)律及發(fā)生機(jī)理進(jìn)行研究，為深部復(fù)雜構(gòu)造煤層下的礦壓問題提供解危措施，以實(shí)現(xiàn)煤炭的安全生產(chǎn)。

2 工程概況

某煤礦企業(yè)年產(chǎn)300萬噸，目前主要回采11#煤，11302綜采工作面位于礦井11煤3盤區(qū)，設(shè)計(jì)采高4.5m，工作面長度252.7m，推進(jìn)長度2139m，埋深350-380m，平均368m.煤層直接頂為細(xì)粒砂巖、中粒砂巖，平均厚度2.5m，基本頂為粉砂巖，平均厚度29.2m，堅(jiān)硬，普氏系數(shù)f平均為4.2。直接地為砂質(zhì)泥巖，平均厚度2.8m。

3 沖擊地壓誘因分析

第一，上覆巖層物理力學(xué)特性?；卷敺凵皫r飽和抗壓強(qiáng)度30.21～50.10MPa，平均45.84MPa，彈性模量平均2.98GPa，泊松比平均0.18，軟化系數(shù)平均0.70，強(qiáng)度半堅(jiān)硬-堅(jiān)硬，沖擊能量指數(shù)平均值為6.44，屬于具有沖擊傾向性頂板，在一定開采條件下易發(fā)生沖擊地壓。第二，頂板結(jié)構(gòu)。11302綜采工作面上覆直接頂僅為2.5m厚的砂巖，在回采過程中極易冒落，其上覆為29.2m厚的基本頂，堅(jiān)硬，在工作面回采過程中不易垮落，隨著工作面推進(jìn)，基本懸臂增加，不斷積聚能量，達(dá)到頂板極限跨度時(shí)，突然折斷釋放大量能量，是造成沖擊地壓的重要因素。第三，地應(yīng)力。礦井位于煤田向斜部，煤體自身呈一不均勻向斜構(gòu)造，通過鉆孔取芯對(duì)礦井地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，該礦最大水平應(yīng)力為14.20MPa，最大垂直應(yīng)力為9.86MPa。水平應(yīng)力為垂直應(yīng)力的1.44倍，水平應(yīng)力加劇了煤巖體變形破壞，在工作面發(fā)生沖擊地壓情況下，煤巖體內(nèi)部變形破壞急劇的能力突然釋放，使得沖擊地壓現(xiàn)象更加劇烈。

4 煤礦沖擊地壓防治技術(shù)的應(yīng)用

4.1 煤礦壓力預(yù)測(cè)

第一，鉆屑率指標(biāo)法。這種方式又被稱之為鉆孔檢驗(yàn)法，主要采用小鉆頭來打孔，按照鉆進(jìn)的出屑量變化情況對(duì)巖體內(nèi)部應(yīng)力集中進(jìn)行判斷，對(duì)沖擊地壓可能產(chǎn)生的位置進(jìn)行判斷。第二，工程地震探測(cè)法。采用人為的方式進(jìn)行地震的產(chǎn)生，對(duì)地震的傳播速度進(jìn)行檢測(cè)，從而繪制速度和時(shí)間表，按照地震波傳輸速率來對(duì)煤巖體當(dāng)中的應(yīng)力分布和可能產(chǎn)生沖擊的可能性進(jìn)行判斷。第三，地音、微震監(jiān)測(cè)法。采用微震或者低音來持續(xù)的對(duì)煤巖體當(dāng)中所釋放的聲發(fā)射情況進(jìn)行檢測(cè)，按照所產(chǎn)生的變化規(guī)律對(duì)煤巖體所產(chǎn)生的沖擊性進(jìn)行判斷。第四，綜合測(cè)定法。為能夠?qū)崿F(xiàn)煤巖體沖擊地壓產(chǎn)生的時(shí)間和位置進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，可對(duì)以上所闡述的這些方法進(jìn)行綜合應(yīng)用。

4.2 卸壓爆破技術(shù)

卸壓爆破主要是在高應(yīng)力的煤層當(dāng)中采用定點(diǎn)爆破的方式，將沖擊所產(chǎn)生的危險(xiǎn)進(jìn)行提前排除，從而降低沖擊危險(xiǎn)。卸壓爆破其作用還有使得煤層在爆破中使得周邊的巖體產(chǎn)生裂縫，這樣可以使得周邊煤層的力學(xué)結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而將彈性強(qiáng)度以及能量降低，使得沖擊地壓的強(qiáng)度和能量降低，避免應(yīng)力的不斷擴(kuò)散。然而卸壓爆破技術(shù)通常需在事前和事后加強(qiáng)合理的完善，事前調(diào)查主要就是判斷是否需要爆破，并采用鉆屑法進(jìn)行合理的檢測(cè)，在事后做好相應(yīng)的回饋，確保卸壓效果是否符合要求，降低安全隱患。

4.3 大直徑鉆孔卸壓技術(shù)

煤層大直徑鉆孔是沖擊地壓災(zāi)害的主要防治手段之一，它通過在煤層施工直徑不小于150mm的鉆孔，實(shí)現(xiàn)破壞和軟化煤體的作用，從而降低或轉(zhuǎn)移煤體內(nèi)的集中高應(yīng)力。由于大直徑鉆孔卸壓工藝簡單易操作，目前已成為防治沖擊地壓的主流方法。關(guān)于煤層大直徑鉆孔沖擊地壓防治的卸壓機(jī)理的研究較多，通過總結(jié)和分析，其卸壓原理表現(xiàn)在以下2個(gè)方面：（1）調(diào)節(jié)應(yīng)力分布大直徑鉆孔施工后，鉆孔周圍應(yīng)力重新分布，其分布特征與鉆孔圍巖破壞變形情況密切相關(guān)。根據(jù)極限平衡理論，鉆孔周邊圍巖受集中應(yīng)力影響發(fā)生破壞，應(yīng)力峰值隨之向外轉(zhuǎn)移，當(dāng)某個(gè)位置內(nèi)的支承力與破壞區(qū)的壓力相平衡時(shí)，應(yīng)力峰值便不再向外移動(dòng)。此時(shí)，鉆孔圍巖各應(yīng)力區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定，而在鉆孔塑性區(qū)和破裂區(qū)，圍巖內(nèi)應(yīng)力呈降低狀態(tài)，從而起到卸壓作用。（2）降低煤巖沖擊危險(xiǎn)性隨著煤巖體內(nèi)施工多個(gè)大直徑鉆孔，每個(gè)鉆孔圍巖的破裂變形使得鉆孔周邊產(chǎn)生一定范圍的塑性破壞區(qū)，煤體力學(xué)性質(zhì)的變化也使得沖擊危險(xiǎn)性發(fā)生變化。相對(duì)于鉆孔卸壓前的煤巖體的脆性破壞，鉆孔周邊的煤巖體具有了一定的壓縮變形性能，呈明顯“塑化”狀態(tài)。多組大直徑鉆孔使得煤巖體整體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，而“塑化”的煤體積聚彈性能的能力也大幅下降，而以塑性變形方式消耗彈性能的能力增加，使得煤的沖擊傾向大幅減弱，甚至完全失去沖擊能力。

4.4 勇于探索災(zāi)害耦合同防共治機(jī)制

隨著開采深度的增大，煤礦災(zāi)害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，沖擊地壓事故起數(shù)逐年上升，誘發(fā)瓦斯事故起數(shù)也在增加，單打獨(dú)斗的災(zāi)害防治措施往往顧此失彼。例如，在確定區(qū)段煤柱寬度時(shí)就遇到這樣的矛盾，從防沖角度考慮，煤柱越小越好，甚至無煤柱開采;從防止煤炭自燃、防水角度考慮，煤柱必須有一定的寬度。再如，在抽放本煤層瓦斯時(shí)，施工的瓦斯抽放孔能不能作為下一步的防沖卸壓孔，如何確定孔徑，如何銜接時(shí)間，才能事半功倍等等，鼓勵(lì)在《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定范圍內(nèi)，探索多種災(zāi)害同防共治機(jī)制，提高災(zāi)害預(yù)防水平，保障煤礦安全生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

在煤礦生產(chǎn)中沖擊地壓是其災(zāi)害之一，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有著很大影響。所以，對(duì)沖擊地壓所產(chǎn)生的原因以及相關(guān)措施進(jìn)行分析，是對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測(cè)的主要方式。在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中需做好防災(zāi)處理，不斷加強(qiáng)相關(guān)防治技術(shù)的完善，采用相應(yīng)管理方式將管理水平不斷提升，降低事故的產(chǎn)生。

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