淺談沖擊地壓防治

張連鵬 張博

【摘要】：隨著煤礦的開(kāi)采主要朝向深部發(fā)展，使得沖擊地壓產(chǎn)生的概率和強(qiáng)度也在增加。并且，沖擊地壓還會(huì)造成瓦斯突出以及煤層出現(xiàn)自燃和冒頂?shù)任：?，?huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的安全隱患。沖擊地壓不但會(huì)對(duì)生產(chǎn)人員的安全產(chǎn)生很大的影響，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)也會(huì)造成很大的影響。

【關(guān)鍵字】：煤礦;沖擊地壓;防治技術(shù)

一、引言

建煤礦位于七臺(tái)河礦區(qū)西北部，始建于1958年，東西走向長(zhǎng)10.9公里，南北寬約4.5公里，井田面積49.2平方公里。新建礦目前沒(méi)有發(fā)生過(guò)沖擊地壓事故，但新建煤礦已進(jìn)入深部開(kāi)采，最大開(kāi)采深度已超過(guò)500米，將會(huì)面臨高地應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力以及局部支承壓力的疊加影響，危險(xiǎn)性大大增加。為保證安全生產(chǎn)，已對(duì)85、90、91、95和98層等五層進(jìn)行鑒定，85層、90層、91層、95層、98層五層煤沖擊傾向性鑒定，85層、90層及91層頂板煤層鑒定為弱沖擊傾向性、底板無(wú)沖擊傾向性，95層和98層頂板鑒定為弱沖傾向性、煤層及底板無(wú)沖擊傾向性。

二、煤礦沖擊地壓的形成機(jī)理

1、強(qiáng)度理論

強(qiáng)度理論中認(rèn)為，煤礦礦山在未進(jìn)行開(kāi)采之前，煤層處于堅(jiān)硬的巖層夾持之下，這種夾持力會(huì)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(duì)力的平衡。而隨著煤礦開(kāi)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(kāi)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。

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(kāi)采作業(yè)進(jìn)行到一定的程度時(shí)，會(huì)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(duì)平衡關(guān)系。

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(dòng)態(tài)破壞的時(shí)間等，并根據(jù)不同的類型進(jìn)行分類，當(dāng)實(shí)際沖擊傾向大于其極限值時(shí)了，煤體產(chǎn)生沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)不斷增加。

三、煤礦沖擊地壓的監(jiān)測(cè)技術(shù)

1、圍巖變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

由于煤礦開(kāi)采的縱深推進(jìn)，會(huì)逐步導(dǎo)致其巷道產(chǎn)生大量移動(dòng)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(yùn)輸及行人造成顯著的影響。通過(guò)實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)V井巷道形變?cè)黾哟螅f(shuō)明煤層巖質(zhì)較為松軟，煤體的剛度也相對(duì)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(shí)，則表明煤體剛性強(qiáng)，發(fā)生脆性破壞的概率也隨之增加。此時(shí)的煤層內(nèi)部所蘊(yùn)含的能量相對(duì)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(cè)沖擊地壓的重要方法。

2、鉆屑技術(shù)

鉆屑技術(shù)是在預(yù)測(cè)煤礦沖擊地壓形成的有效方法，它主要是通過(guò)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(cè)。一般情況下，當(dāng)不同深度的煤粉量超過(guò)其極限值時(shí)，將極可以發(fā)生沖擊地壓，而如果鉆孔深度是煤層開(kāi)采深度的倍時(shí)，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(duì)于操作技術(shù)要求較高，其實(shí)施相對(duì)困難，但不失為一種有效的沖壓地壓監(jiān)測(cè)方式。

3、電磁輻射探測(cè)技術(shù)

電磁輻射探測(cè)是基于現(xiàn)代科技的一種監(jiān)測(cè)方法，它依賴于對(duì)煤巖體特變化所產(chǎn)生的輻射特征進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)瓦斯風(fēng)險(xiǎn)、沖擊地壓礦井災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電磁輻射探測(cè)技術(shù)會(huì)在煤礦的開(kāi)采中對(duì)煤體的變化進(jìn)行密切的監(jiān)視，對(duì)煤體及瓦斯的電磁信號(hào)進(jìn)行充分的分析，當(dāng)電磁信號(hào)變強(qiáng)時(shí)，將增加發(fā)生巖爆及沖擊地壓的可能性。

四、煤礦沖擊地壓的有效防治技術(shù)分析

1、 煤礦壓力預(yù)測(cè)

煤礦預(yù)測(cè)是對(duì)煤炭的傾向壓力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)周邊煤巖體硬度進(jìn)行檢測(cè)，在煤巖體內(nèi)部所呈現(xiàn)的相關(guān)介質(zhì)和相應(yīng)的破壞能力和屬性進(jìn)行入手，這是現(xiàn)階段比較普遍的一種預(yù)防技術(shù)。

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(lái)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(lái)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(lái)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。

2、鉆孔卸壓技術(shù)

鉆孔卸壓主要就是煤礦在高應(yīng)力開(kāi)采狀況下，采用煤層自身的彈性將鉆孔周邊的巖石進(jìn)行破壞，以此使得煤層的能量及時(shí)的釋放，從而將沖擊的危險(xiǎn)降低。鉆孔卸壓主要就是對(duì)壓力和高應(yīng)力進(jìn)行釋放的一種方式，主要可應(yīng)用在煤礦的開(kāi)采當(dāng)中，并且還可采用鉆孔對(duì)巖石的高應(yīng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使得其朝向其他的方向進(jìn)行巖體卸壓，在這當(dāng)中需要重視的是，鉆孔需按照實(shí)際的要求進(jìn)行鉆機(jī)的選擇，鉆桿長(zhǎng)度和直徑都需要能夠和操作要求相符合。

3、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。

4、煤層注水技術(shù)

煤層注水是比較容易處理的一種方式，煤層自身有孔隙和透水性，采用注水可將煤層的屬性改變，還可以將煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，將煤層強(qiáng)度降低以及對(duì)煤層的積蓄彈性降低，從而將煤層的塑性加大，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)降塵，以此對(duì)沖擊地壓所產(chǎn)生的危害進(jìn)行處理。

五、結(jié)束語(yǔ)：

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)生的原因以及激勵(lì)和相關(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，從而保證煤礦人員自身的安全。

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