淺談國內外沖擊地壓預測與防治

摘 要：沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力現(xiàn)象，也是煤礦井下復雜動力現(xiàn)象之一。當應力超過極限狀態(tài)時，會造成瞬間大量彈性能的突然釋放，，不僅會對設備造成損壞，嚴重時可造成人員傷亡。本文主要針對沖擊地壓發(fā)生的現(xiàn)狀，闡述目前國內外對沖擊地壓預測和防治的情況，對現(xiàn)有主要的預測技術進行了分析說明。

關鍵詞：沖擊地壓；威脅；預測；防治

前言

隨著我國能源對煤炭的需求，煤炭開采量隨之增加，開采深度已接近千米。因此沖擊地壓災害將日益嚴重，短期內還不能像發(fā)達國家一樣將沖擊地壓礦井一并予以關閉。從而，我們必須對沖擊地壓這種自然災害進行更深的研究。本文對沖擊地壓預測與防治方法進行了綜合論述，希望對沖擊地壓預測與防治有所幫助。

1 沖擊地壓預測

1.1 圍巖變形監(jiān)測法

采掘活動在煤層和頂底板中將引起各種形式的礦山壓力顯現(xiàn)，其中支承壓力有著特殊的意義。支承壓力的大小、分布是多因素影響的結果。在發(fā)生沖擊地壓過程中，支承壓力特別是動壓顯現(xiàn)起著重要作用。因此利用它的顯現(xiàn)規(guī)律可以預測沖擊地壓。一般情況下，支承壓力的動壓顯現(xiàn)與工作面煤壁邊緣區(qū)的穩(wěn)定性有關。當邊緣區(qū)未被壓壞時，隨著采煤工作面的推進，支承壓力的大小和峰值也隨之變化，其峰值愈靠近煤壁沖擊危險性也愈大。

1.2 鉆屑法

鉆屑法是通過在煤體中鉆小直徑鉆孔，根據鉆孔時排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關動力現(xiàn)象。達到一系列探測目的施工方法；鉆屑法能夠估測煤巖體應力大小和分布，因而能夠用于估測采掘工作面的支承壓力大小和分布規(guī)律。支承壓力的峰值大小，峰值位置至煤壁的距離，以及支承壓力顯著作用范圍。它具有簡單易行、直觀、適應性強等優(yōu)點，成為公認的一種預測沖擊地壓危險的主要方法。

1.3 地音微震監(jiān)測

地音微震監(jiān)測是實現(xiàn)沖擊地壓防治現(xiàn)代化的有效途徑。在井下生產過程中，回采、掘進等生產過程都會引起圍巖應力集中，造成采掘空間周圍巖的震動、破裂和突然卸壓出現(xiàn)一系列具有動力特征的聲發(fā)射現(xiàn)象，通過上述動力現(xiàn)象是煤巖結構破壞和裂隙擴展或災害性事故的前兆信號，觀測和記錄這些現(xiàn)象就可以預測沖擊危險。

1.4 電磁輻射監(jiān)測儀探測法

不同類型的煤、巖石和混凝土在載荷作用下變形及破裂過程中都有電磁輻射信號產生。電磁輻射與含瓦斯煤巖流變破壞之間具有很好的相關性；掘進或回采空間形成后，圍巖自然應力被破壞，礦體和圍巖必然要發(fā)生變形或破裂，從而會尋求一種新的應力平衡；這種過程會引起電磁輻射。不同類型的煤、巖石和混凝土在載荷作用下變形及破裂過程中都有電磁輻射信號產生。電磁輻射與含瓦斯煤巖流變破壞之間具有很好的相關性；由松弛區(qū)域到應力集中區(qū)，應力及瓦斯壓力越來越高，因此電磁輻射信號也越來越強。在應力集中區(qū)，應力和瓦斯壓力達最大值，因此煤體的變形破裂過程也較強烈，電磁輻射信號最強。進入原始應力區(qū)，電磁輻射強度將有所下降，且趨于平衡。

2 沖擊地壓防治

2.1 開采保護層

當所有煤層有沖擊地壓危險時，應開采沖擊地壓小的煤層。當沖擊地壓危險的煤層的頂、底板都賦存保護層時建議開采頂板保護層。開采保護層其圍巖產生裂隙引起圍巖向采掘空間移動使采空區(qū)上下方的巖層卸載形成“卸壓帶”以及附近巖層產生破裂。煤巖體中產生大量裂隙改變了煤巖結構和屬性釋放了潛在的彈性能消除和減緩了沖擊地壓的危險。

開采保護層防治沖擊地壓的原因：保護層開采是一種區(qū)域性、超前性、徹底性治理沖擊地壓的措施之一，能從根本上消除工作面沖擊地壓威脅。保護層開采可減少巖層移動的范圍，形成新的應力平衡狀態(tài)，原有煤層中的應力減小，煤層中出現(xiàn)裂隙、膨脹，透氣性增大，使得發(fā)生沖擊地壓危害的可能性降低，從而減少發(fā)生沖擊地壓的可能性。

2.2 合理選擇開拓布置及開采方法

控制煤礦沖擊地壓發(fā)生的關鍵，是控制沖擊地壓實現(xiàn)的應力條件；在開拓和準備階段中實現(xiàn)合理的開拓開采方式和順序，以便完全消除沖擊地壓危險，或把它減小到最小程度。

2.3 煤層預注水

煤層注水是通過高壓水將煤體壓裂，并通過煤巖水化反應改變煤巖體物理性質和結構的措施。注水后能使煤體的強度和積蓄彈性能的能力下降，使煤體沖擊傾向減弱。水對煤的弱化作用，能使強烈沖擊傾向煤層變成無沖擊傾向或弱沖擊傾向煤層。

煤層注水防治沖擊地壓的原因：煤層注水后，可以使支承壓力峰值降低，峰值點位置向煤體深處轉移，從而能達到改變煤體（或局部煤體）應力狀態(tài)的目的。煤體注水后，能夠改善能量釋放過程中在時間上的穩(wěn)定性和在空間上的均勻性。

2.4 卸壓爆破

卸壓爆破能同時局部解除沖擊地壓發(fā)生的強度條件和能量條件。即在有沖擊危險的工作面卸壓和在近煤壁一定寬度的條帶內破壞煤的結構（但不落煤），使它不能積聚彈性能或達不到威脅安全的程度；卸壓爆破在煤體中產生大量裂隙，使煤體的力學性質發(fā)生變化，彈性模量減小，強度降低，彈性能減少，破壞了沖擊地壓發(fā)生的強度條件和能量條件。由于煤體內裂隙的長度和密度增加，按照失穩(wěn)理論，還具有致穩(wěn)作用和止裂作用，防止了沖擊地壓的發(fā)生。

2.5 鉆孔卸壓

聚集在煤巖中的壓力通過鉆孔的方式進行釋放，使煤層中的壓力降低。是釋放彈性能的一種方法。其原理是基于鉆孔及其周圍形成的破碎區(qū)。當這些破碎區(qū)互相接近后，便能使煤層破裂卸壓。鉆孔卸壓作為解危措施是可行的，其優(yōu)點在于能把鉆孔深入到高壓帶。卸壓效果好，靈活可靠。

3 結束語

沖擊地壓事故是井下常見且多發(fā)的事故，隨著礦井開采深度的逐漸增加，發(fā)生沖擊地壓事故的概率也隨之增加，在沒有更好的解決辦法之前，我們只能通過現(xiàn)有的技術和方法對沖擊地壓進行預測，并采取相應有效的預防措施，總結以往的事故經驗，根據礦井的實際情況制定行之有效的技術措施，以防止沖擊地壓事故的發(fā)生，確保煤礦企業(yè)安全生產。

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