大采深厚煤層沖擊地壓防治技術(shù)研究

賈天劍 楚孟珂

1．山東新巨龍能源有限責(zé)任公司 山東菏澤 274918；2．新河礦業(yè)有限公司 山東濟寧 272400

1 沖擊地壓的特征及破壞機理

沖擊地壓又被稱之為巖爆，主要就是煤礦在生產(chǎn)中巷道和采煤工作面周邊的巖體在應(yīng)力的作用下將變形能釋放，使得巖體產(chǎn)生破壞以及垮落等情況，同時還有很大的震動以及聲音，會對支架造成損壞以及冒頂?shù)葐栴}，對于生產(chǎn)會造成很大的影響。沖擊地壓有著突發(fā)性以及瞬時爆炸和一定的復(fù)雜性等特點。巖體在受到采動對其的影響，局部應(yīng)力產(chǎn)生變化，將原始的應(yīng)力情況變?yōu)槎S或者多維狀態(tài)，巷道或者相應(yīng)的煤礦采掘面周邊的壓力降低，煤巖體呈現(xiàn)出一定的脆性，并且煤礦內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生碎裂，這樣煤巖體由于內(nèi)部的破壞而出現(xiàn)軟弱層，將所有的能量在煤巖體中聚集，應(yīng)力從平衡狀態(tài)朝向動力狀態(tài)發(fā)展，若是受到外界對其的影響，這種平衡狀態(tài)被破壞而將能量釋放，并且煤巖體從自由面被拋，使得地壓事故產(chǎn)生。

2 對沖擊地壓產(chǎn)生的原因與理論分析

2.1 沖擊地壓理論

（1）強度理論。最早的理論研究中表明采場周邊應(yīng)力集中的情況比較嚴重，煤巖體所能夠承載的壓力達到最大值，巖體在被破壞時就會出現(xiàn)沖擊地壓的情況。當前的研究理論認為，一些應(yīng)力突然變大或者阻力降低，使得煤巖體產(chǎn)生一定的運動破壞，煤巖體產(chǎn)生拋射，造成沖擊地壓的產(chǎn)生。因此，煤巖體自身的應(yīng)力大于或者等于系統(tǒng)的強度是沖擊地壓產(chǎn)生的主要條件。（2）能量理論。對于能量理論中通常認為礦體和圍巖所釋放的能量是造成沖擊地壓的主要能量。隨著當前礦業(yè)的發(fā)展，使得整體的系統(tǒng)平衡受到很大的損害，沖擊地壓所產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件就是釋放的能量比消耗的能量大。（3）沖擊傾向理論。煤巖介質(zhì)自身存在的破壞力稱之為沖擊傾向，沖擊傾向通常需采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)將沖擊地壓所產(chǎn)生的可能度作為沖擊傾向度。（4）組合理論。若是沖擊傾向以及能量和強度理論同時能夠滿足相應(yīng)的要求，這是作為沖擊地壓產(chǎn)生的主要基礎(chǔ)條件。我國煤礦產(chǎn)生的沖擊地壓其條件主要就是強度高以及脆性大等。

2.2 沖擊地壓發(fā)生原因

沖擊地壓主要產(chǎn)生的外在原因就是高應(yīng)力基礎(chǔ)上，動力源的不斷積聚，內(nèi)因是煤巖體存在一定的能量同時瞬間釋放一定的破壞能力。

3 沖擊地壓的預(yù)測方法

3.1 鉆屑率指標法

該方法又稱作鉆孔檢驗法，用小孔徑鉆頭打孔，根據(jù)不同鉆進深度出屑量的變化規(guī)律來判斷煤巖體內(nèi)部應(yīng)力的分布集中狀態(tài)，判斷沖擊地壓可能發(fā)生的地點和可能性。

3.2 工程地震探測法

用人工制造的方法造成地震，檢測地震波傳播的速率，繪制速率與時間的關(guān)聯(lián)圖，根據(jù)地震波傳播速率的變化來判斷煤巖體內(nèi)應(yīng)力的分布狀態(tài)和發(fā)生沖擊的可能性。

3.3 地音、微震監(jiān)測法

使用微震儀間斷或連續(xù)監(jiān)測煤巖體受到破壞釋放彈性能時產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象，根據(jù)這些現(xiàn)象的變化規(guī)律判斷煤巖體發(fā)生沖擊的可能性。

3.4 綜合測定法

為了能夠精準地預(yù)測判定沖擊地壓可能發(fā)生的時間、地點，可將上述幾種監(jiān)測方法根據(jù)實際的情況綜合利用。

4 大采深厚煤層沖擊地壓防治技術(shù)

4.1 煤礦壓力預(yù)測

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

4.2 鉆孔卸壓技術(shù)

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

4.3 卸壓爆破技術(shù)

卸壓爆破主要是在高應(yīng)力的煤層當中采用定點爆破的方式，將沖擊所產(chǎn)生的危險進行提前排除，從而降低沖擊危險。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)也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而將彈性強度以及能量降低，使得沖擊地壓的強度和能量降低，避免應(yīng)力的不斷擴散。然而卸壓爆破技術(shù)通常需在事前和事后加強合理的完善，事前調(diào)查主要就是判斷是否需要爆破，并采用鉆屑法進行合理的檢測，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。

4.4 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)進行改變，將煤層強度降低以及對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，以此對沖擊地壓所產(chǎn)生的危害進行處理。頂板和壓注是比較常見的兩種方式，在注水中需要對時間合理安排，煤層在注水中的卸壓情況也需要加強檢測，以此來確保注水卸壓效果良好，煤層注水在一定意義上可以實現(xiàn)機械操作，在危險區(qū)域之外進行操作，最大化的確保人員的安全。

總之，在煤礦生產(chǎn)中沖擊地壓是其災(zāi)害之一，對煤礦的安全生產(chǎn)有著很大影響。所以，對沖擊地壓所產(chǎn)生的原因以及激勵和相關(guān)措施進行分析，是對沖擊地壓進行預(yù)測的主要方式。在煤礦實際生產(chǎn)中需做好防災(zāi)處理，不斷加強相關(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。