深部開采沖擊地壓影響因素及鉆孔卸壓技術(shù)分析

韓涼

【摘??要】沖擊地壓災(zāi)害比較嚴(yán)重的地方會導(dǎo)致巷道斷面全部被破壞，如煤巖體崩出堵塞巷道，設(shè)備受損無法正常運(yùn)作，甚至出現(xiàn)人員傷亡情況，有的礦區(qū)還會出現(xiàn)地面坍塌，導(dǎo)致地面建筑物嚴(yán)重受損。

【關(guān)鍵詞】深部開采;沖擊地壓;影響因素;鉆孔卸壓技術(shù)

前言

一般來說，煤礦沖擊地壓很容易在極廣的范圍內(nèi)發(fā)生大量破壞，同時也會讓礦產(chǎn)出現(xiàn)大能量地震，這一現(xiàn)象主要是應(yīng)力集中以及動載擾動疊加所導(dǎo)致的。

1沖擊地壓類型和發(fā)生機(jī)理

1.1沖擊地壓類型

根據(jù)有關(guān)專家調(diào)查，可以知道根據(jù)沖擊地壓位置和影響因素差異，將沖擊地壓有效地分成四個種類。第一個種類就是煤柱型沖擊地壓，這種沖擊地壓的破壞方式，主要是把煤柱的壓力破壞，并且將底板突然之間鼓起來形成的，在沖擊力產(chǎn)生的時候，將煤柱的靜載應(yīng)力作為造成沖擊地壓的主要形式，之后產(chǎn)生礦震震動，以及應(yīng)力波擾動而產(chǎn)生煤體沖擊地壓的應(yīng)力，一般來說都是垂直應(yīng)力，同時巷道底板也會被水平應(yīng)力附加，由幫部中的垂直應(yīng)力在底板處轉(zhuǎn)變而來的，水平應(yīng)力雙重作用。第二種是褶曲構(gòu)造型沖擊地壓，一般來說這種類型的沖擊地壓其主要破壞方式是底版瞬間鼓起來。主要是將煤體集中靜載應(yīng)力作為主要形式之后，加上巷道振動應(yīng)力波出現(xiàn)擾動而導(dǎo)致的幫部煤體中，一般來說都會受到垂直應(yīng)力和因?yàn)榈装逅綉?yīng)力在幫部煤體中轉(zhuǎn)化出的垂直應(yīng)力作用。第三種是堅硬頂板型沖擊地壓，這種沖擊地壓一般來說都會產(chǎn)生煤巖體劇烈的震動，底板會瞬間鼓起，煤幫也會被大量破壞。第四種是斷層型沖擊地壓，這種沖擊地壓主要的破壞方式是煤巖體強(qiáng)烈的震動，底板會瞬間鼓起，煤幫也會被破壞，在沖擊力源上，主要是因?yàn)閿鄬踊罨鸬恼饎討?yīng)力波作為主要形式。

1.2沖擊地壓的因素

沖擊地壓的形式都是因?yàn)槊簬r體中的靜載應(yīng)力，以及礦震動載應(yīng)力同時產(chǎn)生一定的因素而導(dǎo)致的。這二者之間的差異及主要發(fā)生原因，就是因?yàn)殪o載應(yīng)力以及動載應(yīng)力在發(fā)生過程當(dāng)中，所產(chǎn)生的力量大小有一定的差異。所以，可以知道沖擊地壓是煤礦采掘空間周圍的媒體中，靜載以及礦震疊加，超過一定的范圍就會讓煤體出現(xiàn)破壞，而使得煤巖體當(dāng)中的彈性和振動波輸入量用于媒體破裂耗散。

2沖擊地壓影響因素分析

沖擊地壓會對煤礦安全生產(chǎn)造成較大的威脅，要有效治理沖擊地壓，首先必須要全面、準(zhǔn)確地對相應(yīng)的影響因素進(jìn)行分析，認(rèn)識沖擊地壓的諸多影響因素。

2.1地質(zhì)因素

a）采深。煤巖體自重應(yīng)力會隨著開采深度的增加而不斷增大。如果持續(xù)增加開采深度，煤體會因承受的重力作用超出其所能承受的最大值而導(dǎo)致破壞，從而出現(xiàn)沖擊地壓。所有可能出現(xiàn)沖擊地壓的煤層在開采技術(shù)不變的情況下，都存在沖擊地壓發(fā)生的臨界值。發(fā)生沖擊地壓的概率伴隨著開采深度的增加而不斷提升，同時出現(xiàn)沖擊地壓的強(qiáng)度及次數(shù)也會隨著開采深度增加而增大。

b）煤層性質(zhì)。出現(xiàn)沖擊地壓的位置都有一定的特征，如松軟的煤質(zhì)、紊亂的層理等。構(gòu)造煤在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生一定的變形，造成應(yīng)力集中;構(gòu)造煤的滲透性相對較差，瓦斯容易積存而在該層內(nèi)形成較高的瓦斯壓力;構(gòu)造煤的強(qiáng)度較原生結(jié)構(gòu)煤明顯要低，抵抗外力破壞的能力也相對較弱，容易發(fā)生破壞和壓出。

c）地應(yīng)力。研究表明，無論是垂直應(yīng)力，還是最大或最小水平應(yīng)力，開采深度越大，其值越大。

2.2開采因素

a）相鄰巷道地應(yīng)力分布。2條相鄰巷道間的距離包括水平距離和迎頭滯后距離，當(dāng)2條巷道間的距離較近時，任何一條巷道的應(yīng)力分布發(fā)生變化，另一條巷道應(yīng)力的大小和分布也會發(fā)生一定的變化。通常情況下，把巷道開挖產(chǎn)生的應(yīng)力大于原巖應(yīng)力20%的范圍稱為掘進(jìn)影響帶。因此，相鄰巷道布置時應(yīng)避開彼此的掘進(jìn)影響帶。

b）巷道間煤柱穩(wěn)定性分析。巷道掘出后，護(hù)巷煤柱表面的壓力分布會發(fā)生一定的變化，煤柱一定深度范圍內(nèi)形成支撐壓力帶。受采掘影響，煤柱會產(chǎn)生較大的震動，煤壁表面及內(nèi)部受此影響而發(fā)生破壞。影響煤柱穩(wěn)定的因素主要包括煤柱所承受的載荷、煤柱發(fā)生塑性變形的范圍和煤柱自身強(qiáng)度。

3鉆孔卸壓防治沖擊地壓的技術(shù)應(yīng)用分析

利用鉆孔釋放壓力是減輕沖擊地壓帶危害的一種有效方法。卸壓鉆孔施工完成后，鉆孔周圍的煤巖體因存在應(yīng)力集中現(xiàn)象而會緩慢地出現(xiàn)1個破碎區(qū)域。由于煤體破裂導(dǎo)致孔壁應(yīng)力為0MPa，護(hù)巷煤柱的壓力峰值會向深部圍巖轉(zhuǎn)移，這個過程會釋放一部分煤巖體中的彈性能，從而達(dá)到減壓的目的。卸壓鉆孔布置主要由孔深和孔徑2個重要參數(shù)決定。

a）卸壓鉆孔孔徑。卸壓鉆孔打出后，孔周圍區(qū)域主要由破裂區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)構(gòu)成。破裂區(qū)的應(yīng)力比原巖應(yīng)力小很多，它的主要作用是通過鉆孔釋放壓力。由于塑性區(qū)和斷裂區(qū)不斷變大，導(dǎo)致煤體的變形增大而煤柱承載強(qiáng)度減小。如果鉆孔壁圍巖之間的摩擦力大于周圍巖體的自重應(yīng)力，就會發(fā)生塌孔，卸壓鉆孔的自由空間會被塌落的煤巖體填滿，經(jīng)壓實(shí)使孔內(nèi)各方向的整體受力平衡，各區(qū)域的狀態(tài)相對穩(wěn)定。

b）卸壓鉆孔深度。卸壓鉆孔應(yīng)按照由低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)過渡的方式逐漸施工打設(shè)，并在施工過程中記錄鉆孔每前進(jìn)1m所產(chǎn)生鉆屑量、孔壓等情況。鉆孔深度應(yīng)由煤層厚度及巷道護(hù)巷煤柱寬度共同決定，一般要求掘進(jìn)工作面卸壓鉆孔的深度為煤層厚度的3倍，巷幫卸壓鉆孔的深度為采高的4倍。

結(jié)束語

實(shí)際施工過程中，應(yīng)根據(jù)礦井的煤層賦存條件、特點(diǎn)對可能發(fā)生的沖擊危險性進(jìn)行分析，同時確定相應(yīng)的治理措施，可采用鉆孔卸壓方式對巷道掘進(jìn)迎頭進(jìn)行卸壓;若鉆孔卸壓的效果不明顯，應(yīng)采取深孔卸壓爆破方式進(jìn)行治理。只有采取措施消除沖擊危險后，方可進(jìn)行采掘施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]田書沖，鄧曉謙，陳亞云，等.煤礦沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及監(jiān)測預(yù)報研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2012（1）：31-34.

[2]潘俊鋒，毛德兵，藍(lán)航，等.我國煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（6）：21-25.

[3]王星.近距離煤層沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].近距離煤層沖擊地壓防治，2019，32（13）：185-186.

[4]翁德剛.煤礦采掘沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].中國科技縱橫，2019，32（13）：185-186.

（作者單位：黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司南山煤礦防沖大隊）