關(guān)于煤礦深部開采沖擊地壓監(jiān)測解危關(guān)鍵技術(shù)研究

＊王林日

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)宏圣公司 山西 048400）

通常情況下，開采設(shè)計防范沖擊地壓大多屬于區(qū)域性防范措施，主要依照相應(yīng)規(guī)律，合理的對現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計，能夠從周圍巖石的集中程度著手，盡可能地對大量彈性技能進(jìn)行減少，以保證沖擊電壓可以從根源得到有效規(guī)避。

1.煤礦深部開采沖擊地壓風(fēng)險事故致因模式分析

一般而言，在煤礦中，對于煤層以及頂?shù)装鍑鷰r來說，自身存在較強的不穩(wěn)定性，常常出現(xiàn)被破壞的情況。簡而言之，由于長時間被人為因素所影響，最終使得自然因素原有狀態(tài)發(fā)生了不同程度的改變，致使原本具有較強危險性的自然因素在人為的干擾下，風(fēng)險事故出現(xiàn)的概率大大增加。通常，導(dǎo)致沖擊地壓出現(xiàn)的因素相對較多，復(fù)雜性很強，被多種因素聯(lián)合影響。在研究沖擊地壓風(fēng)險的發(fā)生機理之后可知，其會對礦井的安全產(chǎn)生很大作用。同時，在具體的工作過程中，可以依照軌跡交叉論的事故制因模式，構(gòu)建風(fēng)險事故模型，并結(jié)合以往的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)資料，有效制定應(yīng)對措施。經(jīng)分析，導(dǎo)致沖擊地壓事故出現(xiàn)的自然風(fēng)險可以劃分為三個類型，分別為開采深度，巖煤特性以及地質(zhì)構(gòu)造[1]。

2.煤礦深部開采沖擊致災(zāi)機理以及風(fēng)險類型分析

(1)深部應(yīng)變形型

煤巖在深部狀態(tài)下，作用力往往會發(fā)生一定的改變，并會出現(xiàn)可持續(xù)性的強流，對于這種物質(zhì)來說，屬于塑性介質(zhì)。通常，深部開采完之后，采掘空間附近的巖應(yīng)力會重新地進(jìn)行分散，然后在作用力的支撐下，彈性以及塑性都會發(fā)生不同程度的變化?；跓崃W(xué)溫標(biāo)模型下，依照室內(nèi)不同的應(yīng)變力，砂巖會產(chǎn)生不一樣的結(jié)果，并對深部圍巖基本彈性模型進(jìn)行構(gòu)建[2]。

通常情況下，采掘擾動后，圍巖聚集能量的特征主要可以體現(xiàn)在兩個方面。一方面，因為礦山具有較大的壓力，并且壓力會重新地進(jìn)行分布，圍巖內(nèi)會聚集非常多的能量，然后隨著不斷的改變而進(jìn)行逐步地釋放，為圍巖造成了不同程度的沖擊影響，最后使得圍巖遭到了嚴(yán)重的干擾和破壞。另一方面，對圍巖聚集彈性造成了較大的損壞，并逐步地釋放出驅(qū)動力，致使圍巖的深部出現(xiàn)了速變的情況，當(dāng)達(dá)到一定程度之后，會被高應(yīng)力所干擾和阻礙。一般而言，由于受到深度的干擾，致使區(qū)域應(yīng)力集中會出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。通過深層次的研究可以明確，支撐壓力峰會隨著巖深度而出現(xiàn)不同程度的阻礙，同時峰值也會在很大程度上得到提高。

(2)深部堅硬頂板型

近年來，隨著煤礦開采深度的日益增加，除了媒體提及的彈性大大增加以外，應(yīng)變也隨之增多。在這其間，應(yīng)頂板的厚度越來越大，長度越來越長，具體的體積更是會隨著區(qū)域而日益上漲。相關(guān)研究人員對其深度展開了分析，通過對其巖梁長度及厚度展開了觀察，掌握其中的變化規(guī)律。通常，巖梁聚集能量其間，巖梁會依照厚度增大而不斷增大。經(jīng)分析，巖梁長度可以從20m增加到40m左右，聚集能量可以從0.278MJ增加到6.57MJ，巖梁的厚度能夠從2m一直增加到4m左右，聚集能量則會從1.82MJ一直增加到4.98MJ。

通過對巖體破壞的最小能量原理分析和研究可以明確，不管巖體是在何種應(yīng)力情況下，如果失去了原本的穩(wěn)定性以及可靠性，破壞就會隨之而來。通常而言，破壞需要消耗非常多的能量，當(dāng)堅硬頂板遭到嚴(yán)重破壞的時候，在開采條件下，煤巖體系統(tǒng)就會對彈性能進(jìn)行自動的存儲，并隨著不斷的發(fā)展而緩慢地進(jìn)行釋放。基于這種背景，可以在一定程度上對煤巖體系統(tǒng)有可靠性以及穩(wěn)定性的增強。同時，當(dāng)開采深度不斷的加深之后，系統(tǒng)中的能量也會逐漸地增加，從而對原本的平衡狀態(tài)進(jìn)行了突破[3]。但是，煤巖體被破壞之后，往往會消耗非常多的能量。簡而言之，系統(tǒng)中會增加兩部分的能量，并采取不同的方式將這些能量拋出，最終使得沖擊地壓逐漸形成。

3.煤礦深部開采沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警技術(shù)分析

(1)自震式微震監(jiān)測系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段，在具體的煤礦開采過程中，為了能夠讓沖擊地壓得到有效的監(jiān)測，通常會對KJ768自制式檢測系統(tǒng)進(jìn)行運用。對于這一系統(tǒng)來說，在實際使用過程中，能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行實時的監(jiān)管和控制，以保證礦山的實質(zhì)變動情況可以得到有效的監(jiān)督。然后，對各類信息進(jìn)行的記錄，諸如：位置以及能量等，科學(xué)地進(jìn)行獲取。通常而言，該系統(tǒng)能夠?qū)r體的應(yīng)力變化情況進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)督，也可以觀測到頂板是否出現(xiàn)了斷裂的情況，明確巖層具體活動現(xiàn)狀[4]。同時，在對這一技術(shù)展開使用的過程中，能夠在大部分礦區(qū)進(jìn)行工作，并可以有效地對相關(guān)問題進(jìn)行解決和處理，降低危險監(jiān)測問題出現(xiàn)的概率，促進(jìn)監(jiān)測有效性的增強。

(2)應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)分析

通過對沖擊地壓的深層次分析和研究可知，沖擊地壓出現(xiàn)的因素有很多，而歸根結(jié)底，主要是因為地應(yīng)力以及采動應(yīng)力被工作動態(tài)所嚴(yán)重的干擾，致使體應(yīng)力出現(xiàn)了不同程度的改變。在對光纖光柵進(jìn)行研究的過程中，在應(yīng)力在線監(jiān)測方面，通過動態(tài)顯示其工作的范圍，并對工作的整體情況進(jìn)行監(jiān)測。同時，在實際的監(jiān)測過程中，依照實際情況，對KJ550監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行高效的應(yīng)用和選擇，對采掘工作面進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管。并且，對煤柱展開實時的監(jiān)測。針對鉆孔應(yīng)力觀測技術(shù)而言，在具體的運用過程中，能夠?qū)⒚旱V采掘的整個過程清晰地顯示出來，也可以對現(xiàn)場存在的危險區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)地分析，明確存在的各類危險因素，尤其是對卸壓等危險措施，能夠具有較為良好的成效。

在沖擊地壓預(yù)警技術(shù)中，鉆削檢測是一種效果較為良好的技術(shù)手段，沖擊地壓在出現(xiàn)的時候，由于危險性的日益提高，鉆孔出現(xiàn)削量也會隨之變多，而鉆屑的大范圍增多，往往會導(dǎo)致采動應(yīng)力不能集中。在對這一問題進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)該對KJ615進(jìn)行有效地運用，科學(xué)地開展采掘工作，對沖擊面的地壓展開綜合的處理，然后對掘進(jìn)期間的鉆孔進(jìn)行把控，做好監(jiān)測工作，將屑量的變化推算出來，以便沖擊地壓的危險性能夠?qū)崿F(xiàn)實時預(yù)警的目的和作用。

(3)“全頻廣域”震動監(jiān)測系統(tǒng)分析

對于以往的微震監(jiān)測方式來說，通常指可以對低頻高能的行為事件進(jìn)行監(jiān)測。針對高頻低能的事件，則根本沒有相對良好的處理辦法，對沖擊地壓進(jìn)行孕育以及產(chǎn)生過程，無法展開精準(zhǔn)且全面的監(jiān)測預(yù)警，最終導(dǎo)致預(yù)警的精準(zhǔn)度相對較低，有時還會出現(xiàn)誤報的情況。通過深層次的研究之后可以明確，在對煤礦深部開采沖擊地壓進(jìn)行監(jiān)測的過程中，可以依照具體情況的前提下，對“全頻廣域”震動監(jiān)測系統(tǒng)加以運用，以保證各種頻率的微震監(jiān)測設(shè)備能夠得到精準(zhǔn)的測量，提升測量的準(zhǔn)確性，對工作面以及巷道圍巖等區(qū)域，都能夠?qū)ζ溥M(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測，以保證區(qū)域的頻率可以高效地獲取。通常而言，我國煤礦安全監(jiān)察工作在開展過程中，沖擊地壓災(zāi)害預(yù)防頻率范圍具體為高頻小尺度損傷、中頻破裂等，可以通過對KJ926區(qū)域展開嚴(yán)密的監(jiān)控。此外，對于這一系統(tǒng)來說，能夠?qū)ΦV區(qū)的事件進(jìn)行可靠性有效的記錄，然后依照礦區(qū)的實際情況，合理的對危險元素進(jìn)行分析和研究。

4.煤礦深部開采沖擊防治技術(shù)分析

(1)沖擊地壓應(yīng)力技術(shù)分析

在我國的具體發(fā)展過程中，防控技術(shù)體系大多是以控制為主，雖然沖擊力形成的距離原理并沒有得到明確地掌控。但是，相關(guān)技術(shù)人員在不斷地研究以及探索過程中，也對這一因素進(jìn)行了充分的了解，為沖擊低壓防治工作的開展提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。通常而言，沖壓的礦井主要是對局部或者區(qū)域結(jié)合的方式進(jìn)行利用，在礦井設(shè)計的過程中，采取區(qū)域的防治辦法，通過對區(qū)域范圍的應(yīng)力的研究，能夠?qū)ξC程度進(jìn)行整體消除。研究得知，區(qū)域防治技術(shù)大多在兩個方面體現(xiàn)。一方面，從優(yōu)化開采設(shè)計的區(qū)域沖擊危險來組織開展防治工作，具體包括：開拓方式以及開采順序等。對于這些工作來說，可以從源頭上對應(yīng)力的出現(xiàn)進(jìn)行規(guī)避，有效地加以防治。另一方面，從區(qū)域范圍來對煤巖體進(jìn)行削弱，保證應(yīng)力水平可以從整體的角度上減少，借助煤體注水等方式來進(jìn)行開展。針對已經(jīng)形成的采掘工作面，需要進(jìn)行區(qū)域防塵，并將此作為基礎(chǔ)，有效地開展局部防沖工作。此外，沖擊地壓局部防治技術(shù)在具體應(yīng)用階段，常常會受到特殊因素的干擾。因而，為了可以有效地規(guī)避這些現(xiàn)象，降低問題出現(xiàn)的概率，可以對局部緊急處理辦法進(jìn)行利用。

(2)沖擊地壓支護(hù)設(shè)備

對于沖擊地壓危險區(qū)域來說，可以結(jié)合實際情況，采取科學(xué)的加強，諸如：錨桿等。通常支護(hù)方式相對較多，可以利用主動支護(hù)以及鋼架被動支護(hù)組合的辦法。新型支護(hù)設(shè)備，具體有液壓支架等，在實際的工作開展過程中，通過對工作阻力的不斷增加，讓支護(hù)體系的整體高度得到增強，并對金屬材料進(jìn)行高效的運用，以確保支護(hù)中的阻尼系數(shù)可以大幅度提升。同時，借助優(yōu)秀的吸能特性，讓支護(hù)體系得到不斷的健全和完善，以保證圍巖沖擊下，能夠形成相對穩(wěn)定的變形讓位。此外，可以對超高強熱處理技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，有效地對錨桿強度進(jìn)行提升，在沖擊載荷的影響之下，將其優(yōu)越性能整體凸顯出來，讓延伸性能以及呼吸能力可以得到不斷的增強，進(jìn)而最大限度地滿足巷道支護(hù)的要求。

5.結(jié)束語

綜合而言，在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的新時期下，煤礦行業(yè)所發(fā)揮的作用和價值非常大。但是，對于煤礦行業(yè)來說，與其他行業(yè)不同，本身具有較強的危險性，尤其是沖擊地壓災(zāi)害，更是會為工程造成較為嚴(yán)重的影響。所以，相關(guān)人員在工作過程中，一定要強化對沖擊地壓問題的重視，能夠做好相應(yīng)的預(yù)防措施，以保證工程的開展可以更加穩(wěn)定順利，不會出現(xiàn)任何的問題。