煤礦采掘過程中沖擊地壓防治技術分析

巴彥那木拉

摘要：沖擊地壓作為煤礦開采過程中的發(fā)生的特殊礦山動力事件，不僅阻礙煤礦開采進度和開采效率，還會對工作環(huán)境的安全性產生了極大的危害，除此以外，由沖擊地壓引發(fā)的瓦斯突出、煤層自燃、冒頂?shù)仁鹿蕦映霾桓F，井下施工人員的人身安全無法得到保障。我國目前煤礦開采的強度不斷加大，隨著開采深度不斷增加，沖擊地壓的頻率和強度也隨之增強。本文闡述了開采過程中沖擊地壓發(fā)生的原因和特征，并介紹了幾種常見的沖擊地壓防治技術。

關鍵詞：煤礦采掘;沖擊地壓;防治技術;應用

引言

隨著我國的經濟不斷發(fā)展，對于能源的需求量也水漲船高，因此加大礦井開采力度是必由之路，但是由于礦井開采深度的加大，煤礦沖擊地壓的影響不容小覷，對開采效率和工作人員的生命安全都產生了危害。煤礦的開采深度和沖擊地壓的頻率次數(shù)之間呈正相關，即隨著開采力度的加大，沖擊地壓的影響還會持續(xù)擴大。煤礦開采事業(yè)本身就具備一定的危險性，需要做好充分的安全保障和預防，因此為了確保開采過程順利安全，盡最大可能提升開采質量，保障工作人員人身安全，就必須重視技術研究，充分了解沖擊地壓形成特征，采取針對性的防治技術。

1沖擊地壓的表征和破壞機理

沖擊地壓又稱“巖爆”，在發(fā)生時通常伴隨著巷道、采煤工作面周邊巖體結構破壞甚至垮落的現(xiàn)象，同時伴有巨大的震動、爆炸的聲響，對煤礦開采支架、工作面造成巨大損失，嚴重阻礙了煤礦開采的進度。這些表面特征的形成是由一系列復雜的內部變化帶來的，煤礦開采本身為了保持穩(wěn)定性，需要保證采煤工作面周邊的應力穩(wěn)定，但在受到沖擊之后，穩(wěn)定的應力產生變動，周邊壓力降低，原有應力受力結構轉變?yōu)槎嗑S形態(tài)。應力波動發(fā)生變化之后，煤礦開采周邊工作面出現(xiàn)軟弱層，其脆性導致內部結構在受到力的沖擊之后極易破碎。破碎的煤巖體成為了危險品，在力的作用下呈現(xiàn)拋物線運動，沖擊地壓事故也隨之發(fā)生。

2沖擊地壓形成原因

2.1理論原因

關于沖擊地壓形成的原因，目前被廣泛接受的主要有四個理論：（1）強度理論。強度理論是以煤巖體自身的應力大小作為基礎，認為其承受的壓力大于承受限度時，沖擊地壓也隨之發(fā)生。（2）能量理論。能量理論以能量作為主要基礎，將沖擊地壓的產生歸結于煤礦開采周邊煤巖體釋放的放量過大。這種理論是有依據的，由于我國的開采力度逐漸增強，原有的開采平衡遭到破壞，釋放的能量往往高于煤巖體自身消耗的能量。（3）沖擊傾向理論。沖擊傾向理論將煤巖體本身的破壞力納入考慮，該理論的研究對于數(shù)據要求較高，需要采集沖擊地壓可能度的數(shù)據進行分析。（4）組合理論。沖擊地壓的形成往往不是由于其中一個原因造成的，分析目前國內發(fā)生的沖擊地壓情況，我國的煤礦采集難度大，主要是由于煤巖體周邊強度大，內部結構脆性高，因此沖擊地壓的發(fā)生多由以上幾種理論組合形成[1]。

2.2發(fā)生原因

沖擊地壓通常和煤礦開采深度成正比，分析我國沖擊地壓發(fā)生的案例，可以發(fā)現(xiàn)，當煤礦開采深度達到-500m水平，600m垂直深度時，發(fā)生沖擊地壓的危險系數(shù)大大增強。沖擊地壓的發(fā)生通常是建立在應力發(fā)生改變的基礎上，應力劇烈波動的同時，源動力也不斷增強，沖擊地壓就隨之發(fā)生。應力的來源主要來自于煤巖體開采上方的堅硬巖層，未開采時堅硬巖層的厚度可達幾十米，隨著開采強度不斷加大，深度不斷加深。巖層裸露面積增大，砂巖層發(fā)生下沉，砂巖層下沉對周邊帶來的集中應力和煤巖體開采過程中不斷釋放的能量共同形成了沖擊壓力。

3煤礦采掘過程中沖擊地壓防治技術的應用

3.1應力監(jiān)測技術

應力監(jiān)測技術主要是通過科技手段對煤巖體開采周邊應力進行監(jiān)測，從而判斷沖擊壓力發(fā)生的可能性和沖擊性。（1）鉆屑率指標法。通過使用小鉆頭對煤巖體開采周邊巖層打孔判斷出屑量完成，出屑量的多少和出屑狀況可以顯示煤巖層內部應力分布，從而判斷沖擊地壓的危險系數(shù)和發(fā)生地點[2]。（2）工程地震探測法。人們可以通過地震波的傳播速度、傳播時間、傳播特點等判斷煤巖體周邊環(huán)境的應力分布，以及發(fā)生沖擊地壓的可能性。為保障安全性和穩(wěn)定性，通過人工的方式形成可控小型地震。（3）地音、微震檢測法。微震和低音的傳播表征也能夠起到判斷沖擊地壓的作用。通過設備發(fā)出低音、微震，采集聲音傳播速率判斷沖擊地壓的沖擊性。（4）綜合測定法。即將以上三種方法進行糅雜，通過各式各樣的組合來起到更好的檢測效果[3]。

3.2鉆孔卸壓防治技術

鉆孔卸壓技術的核心要點，就是對煤巖體周邊進行鉆孔，通過破壞周邊巖體來釋放高壓、高應力，避免由于應力集中而導致沖擊地壓。煤層卸壓鉆孔過程中，需要確定鉆孔區(qū)域、深度、直徑、間距等參數(shù)要求。之后要重點做好煤層卸壓鉆孔布置工作，比如在對掘進巷道工作面來說，如果是弱等和中等沖擊危險區(qū)，一般需要1或2個鉆孔，如果是強沖擊危險區(qū)，就需要“三花”布置3個鉆孔;對于回采巷道來說，需要依據煤柱護巷工作面寬度，進行卸壓鉆孔的具體設計。另外，還要做好解危鉆孔方面的施工。

3.3卸壓爆破技術

卸壓爆破技術對爆破環(huán)節(jié)的要求較高，因為在煤巖體周邊進行定點爆破容易造成垮落、坍塌的危險，因此必須在爆破前對開采狀況、煤層受力結構等進行充分探查。卸壓爆破有兩個主要作用，首先通過定點爆破可以釋放煤巖體的能量，降低沖擊地壓的危險系數(shù)，其次通過卸壓爆破可以有效地在煤巖體周邊形成裂縫，改變煤層受力結構，起到分散應力、降低彈性強度和工作面回采時頂板充分垮落的作用。在進行卸壓爆破之前，要做好充分的勘探工作，可以通過鉆屑法檢測煤巖體周邊環(huán)境，提前做好爆破布置，預先制定后續(xù)處理計劃[4]。

3.4煤層注水技術

煤層注水技術操作難度低，是目前我國煤礦開采過程中防范沖擊地壓最廣泛的防治技術之一。煤層注水主要包括頂板、壓注兩種常見方法，通過對注水周期的合理把控，利用煤層本身的孔隙和透水性，改變煤層受力結構，降低煤層內部能量釋放和繼續(xù)彈性，起到增加塑性、分散應力、提高承受強度的作用，從根本上降低了沖擊地壓發(fā)生的可能性。煤層注水技術最大的優(yōu)勢在于可以通過機械操作替代人工，很大程度上增加了安全性和穩(wěn)定性，保障了工作人員的人身安全。

結語

煤礦開采行業(yè)作為我國的支柱產業(yè)，對我國經濟發(fā)展起著至關重要的作用。沖擊地壓作為煤礦開采過程中的一種常見災害，極大地阻礙了煤礦開采的進度，甚至可能危害到工作人員的人身安全。為了促進煤礦開采可持續(xù)發(fā)展，我國應當采取針對性的解決措施，針對沖擊地壓可能發(fā)生的原因進行重點防治。

參考文獻：

[1]溫忠黨，劉延威.煤礦沖擊地壓防治措施研究[J].內蒙古煤炭經濟，2019（07）：125.

[2]姜耀東，趙毅鑫.我國煤礦沖擊地壓的研究現(xiàn)狀：機制、預警與控制[J].巖石力學與工程學報，2019（4）：21-24.

[3]孫文革.煤礦沖擊地壓防治技術探討[J].山東煤炭科技，2019（3）：85-86.

[4]王慶池，劉峰.煤礦沖擊地壓的危害及其防治保護措施[J].科技視界，2020（16）：49.