煤礦沖擊地壓的機理及未來的研究和治理技術

程立國 曲廣軍

摘 要：文章總結和歸納了現階段我國在研究煤炭巖體系發生沖擊地壓理論方面的成就，對于沖擊地壓發生的原因，特征進行了分析，在此基礎上積極研究了沖擊機理在今后的發展趨勢，對于如何做好預測和防治工作提出了意見和建議。

關鍵詞：沖擊地壓 未來發展趨勢 治理技術

所謂煤礦沖擊地壓是指在高地應力作用下，井巷或回采工作面周圍的煤巖體出現了破壞的情況，并伴隨著較大的聲響，巖體拋起的現象。這不僅僅會對于采掘空間中支護設備造成危害，還將可能使得采掘空間出現變形，嚴重的情況下造成人員傷亡，井巷毀壞和局部地震。

1.我國國內煤礦沖擊地壓災害以及理論研究情況

1. 1國內外煤礦沖擊地壓災害評述

我國最早記錄的沖擊地壓發生在1933年的煤撫順勝利礦。在此后的60年間的時間內，礦井累計發生了四千多次的破壞性沖擊地壓，造成巨大人員傷害和財產傷害。

1. 2沖擊地壓理論研究現狀的評述

我國對于沖擊地壓的研究工作始于上世紀60年代，主要是以結合實踐沖擊地壓生產實踐的方式來進行探索的。首先系統化的對于煤礦沖擊地壓進行研究的是重慶大學和煤科總院重慶分院，以天池煤礦為研究對象開展的；隨后全國性的煤礦沖抵地壓調研工作順利開展。與1987 年頒布實施由煤科院北京開采所和阜新礦業學院聯合起草的我國第一部《沖擊地壓煤層安全開采暫行規定》。通過廣大科技工作者和研究人員的共同努力， 已使我國對沖擊地壓機理和防治措施的研究有了較大的進展， 其中煤體注水與深孔松動爆破方法相結合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線性有限元數值模擬、煤巖體地應力場的測試和有限元計算分析、聲發射技術、微震監測系統在防治沖擊地壓的研究與應用方面已達到國際先進水平[1]。對煤、巖體沖擊地壓和巖爆機理的研究。

2.沖擊地壓發生的機理

結合實際煤礦沖抵地壓實踐，其運行的機理可以歸結為以下幾個方面：其一沖擊地壓的分類及顯現特性，一般情況下沖擊打壓可以歸結為動型，構造應力性和動構造應力并有三種類型，依照不同礦體變形破壞范圍大小可以實現合理的劃分。而沖擊地壓的特點可以表述為煤壁拋射性塌落， 頂板下沉或底板撇裂， 板炮頻繁， 煤體移動， 彈性振動， 設備震搬， 煤塵飛揚， 無明顯預兆突然爆發，伴有巨大響聲和地震， 沖擊風波引起構筑物損壞， 易于出現較大損失和傷亡[2]。 其二，發生沖擊地壓的地質及開采條件，不同的沖擊地壓地質和開采條件也會表現出不同的沖擊地壓情況，對此我們應該高度重視對于沖擊地壓特點的界定。其三，沖擊地壓發生的地點及影響范圍，在實踐過程中需要界定沖擊地壓的發生區域，不同區域，其機理運行也是不同的，應該具體問題具體分析。其四，影響沖擊地壓產生的因素，如果采煤方法，采掘程序，頂板管理控制，煤柱大小尺寸和放炮有所不同，也會對于沖擊地壓產生影響。其五，選擇防治沖擊地壓措施的原則，保證對于不同地點，不同影響范圍，不同誘因展開具體問題具體分析，制定符合實際情況的方案。

3.沖擊地壓理論研究的未來發展趨勢

一直以來，沖擊地壓理論研究都是巖石力學中的重點和難點，大量的學者都在此方面做了研究工作。我國學者是從上世紀六十年代開始對于沖擊地壓進行研究的，其主要集合沖擊地壓實際生產流程來畸形探析。不可否認，我國對于沖擊地壓機理和防治措施的研究有了很多的成績，比如煤體注水與深孔松動爆破方法相結合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線性有限元數值模擬、煤巖體地應力場的測試和有限元計算分析、聲發射技術、微震監測系統在防治沖擊地壓的研究與應用方面取得了重大的突破[3]。從這個角度來探析沖擊地壓理論研究的未來發展趨勢，我們可以將其歸結為以下幾方面內容；其一，以微裂紋擴展區的概念實現對于巖石類材料的損傷狀態的描述；其二，從巖石斷裂和損傷力學的角度去審視巖石的斷裂和損傷情況；其三，以變量定義的方式去探析宏觀微觀理論的損傷變量方法和損傷模型；其四，以巖石準靜態損傷過程理論去假定，實現對于損傷和外界的功成正比探析；其五，從現代數學、力學理論如斷裂力學、突變、分形、分叉（岔）、混沌等理論出發，實現對于沖擊地壓問題的研究，健全交叉學科體系；其六，以預測預報為突破口的防治觀念研究，以綜合指數法、鉆屑法、微震法、地音法即聲發射法、電磁輻射去實現對于巖石動態監測；其七，將計算機技術和測試技術納入到煤礦沖擊地壓知識體系中去，以不斷提高預測效果。

4.國內煤礦沖擊地壓治理技術

從沖擊地壓發生的機理特點出發，治理的實質是充分利用各種有效的技術途徑，不斷改變煤炭巖石的應力狀態和物理力學性質，從而實現對于惡性事件的遏制。對于我國來講治理煤礦沖擊地壓主要采取以下措施：其一，煤層注水，這是我國采用最早的施工技術，操作簡單，效果比較明顯；其二，開槽卸壓、誘導爆破和鉆孔卸壓等防治措施。其三，現階段國內使用比較多的沖擊地壓治理措施有煤巖體注水、鉆孔卸壓、深孔松動爆破、卸載誘導爆破、煤巖體掏槽卸壓、頂板預斷裂、巷道切槽卸壓、加固軟煤層、加強采掘支護、開采保護層、合理選擇開采方法和安排采掘設計及工藝進度等。

5.結束語

顯然我國煤礦沖擊地壓理論體系還不夠健全，在此我們應該做好以下兩個方面的工作：其一，不斷總結自身實踐經驗，實現查缺補漏，以健全煤礦沖擊地壓治理體系；其二，積極學習國外先進的治理經驗和理論，保證不斷創新，以實現自身理論知識的健全。在此基礎上，才能夠不斷促進我國煤礦沖擊打壓理論體系的發展。

參考文獻：

[1] 鞠文君，潘俊鋒. 我國煤礦沖擊地壓監測預警技術的現狀與展望[J]. 煤礦開采. 2012（06）

[2] 潘俊鋒，寧宇，杜濤濤，藍航，張寅，劉軍，夏永學，魏向志. 區域大范圍防范沖擊地壓的理論與體系[J]. 煤炭學報. 2012（11）

[3] 潘俊鋒，寧宇，秦子晗，王書文，夏永學. 基于沖擊啟動理論的深孔區間爆破疏壓技術[J]. 巖石力學與工程學報. 2012（07）