淺談沖擊地壓的監(jiān)測(cè)預(yù)警及防治

【摘 要】實(shí)踐證明只要采用合理的開采技術(shù)，選擇可靠的監(jiān)測(cè)預(yù)警、卸壓方法，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)防沖措施，足以達(dá)到?jīng)_擊地壓“可知、可防、可控”的防治目的。

【關(guān)鍵詞】沖擊傾向性；沖擊地壓的預(yù)測(cè)預(yù)警；沖擊地壓的防治；沖擊地壓的開采技術(shù)

0 引言

（1）沖擊地壓是井巷及工作面周圍的煤巖體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形能，當(dāng)力學(xué)平衡狀態(tài)受到破壞時(shí)，變形能瞬間釋放為動(dòng)能，大量煤及巖石被拋出而產(chǎn)生的一種以急劇、猛烈爆炸式破壞為特征的井下動(dòng)力現(xiàn)象。沖擊地壓發(fā)生時(shí)伴有巨大的聲響和強(qiáng)烈的震動(dòng)。沖擊地壓可以造成慘重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，是破壞煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一。

（2）華泰礦業(yè)公司歷史上礦井從未發(fā)生過(guò)沖擊地壓事故，根據(jù)《山東煤礦沖擊地壓重點(diǎn)監(jiān)察意見(jiàn)（試行）》、《山東能源集團(tuán)加強(qiáng)沖擊地壓管理特別規(guī)定》要求，我公司擴(kuò)大區(qū)三采區(qū)15層煤下山區(qū)埋深超過(guò)800米，屬于沖擊地壓管理礦井。

（3）315采區(qū)的開采深度為-600m～-1100m，平均煤層1.3m（逆斷層重復(fù)及煤15與煤16合層除外），煤層可采指數(shù)為0.95，變異系數(shù)24.3%，屬賦存較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄煤層。

1 沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警理論依據(jù)

1.1 煤巖層沖擊傾向性

1）物理力學(xué)性質(zhì)和沖擊傾向性是煤、巖材料的固有力學(xué)性質(zhì)。相同地質(zhì)條件和開采條件下煤層是否發(fā)生沖擊地壓，是煤巖固有力學(xué)性質(zhì)差異造成的，煤巖的這種固有性質(zhì)成為沖擊傾向性。沖擊傾向性指標(biāo)包括——彈性能指數(shù)、沖擊能量指數(shù)、動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間和單軸抗壓強(qiáng)度。當(dāng)這些沖擊傾向性指標(biāo)大于臨界值時(shí)，就有可能發(fā)生沖擊地壓。

2）我公司委托北京科技大學(xué)研究所根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測(cè)定方法GB/T 25217.2-2010》，對(duì)15層煤沖擊傾向性進(jìn)行鑒定，其結(jié)果如下：

（1）頂板為無(wú)沖擊傾向性；

（2）煤層為無(wú)沖擊傾向性；

（3）由于同一煤礦同一煤層不同區(qū)域煤系地層巖石的力學(xué)性質(zhì)差別較大，沖擊傾向性差別也較大，尤其是在開采工作面靠近斷層、褶曲等構(gòu)造附件、原巖應(yīng)力大時(shí)，需做好沖擊地壓的防治工作；

（4）在開采深度增加、煤層厚度增大時(shí)，尤其注意好沖擊地壓的防治工作。

1.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警方法

（1）目前國(guó)際上沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方法主要有鉆屑法、沖擊地壓在線監(jiān)測(cè)法以及微地震監(jiān)測(cè)法等，其中：

鉆屑法——可復(fù)雜地質(zhì)條件下大范圍采用，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、直觀、可靠，易于全員推廣掌握，普遍使用，特別適合薄煤層。

微地震監(jiān)測(cè)方法——屬于區(qū)域性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，需要與礦壓理論結(jié)合才能用好，不易推廣，安全經(jīng)濟(jì)投入非常大，適合厚煤層。

沖擊地壓在線監(jiān)測(cè)預(yù)警法——屬于臨場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警（預(yù)報(bào)），在地面就可以預(yù)報(bào)，但設(shè)備多、費(fèi)用高，安全經(jīng)濟(jì)投入大，適合厚煤層。

（2）我公司采用鉆屑法結(jié)合礦壓觀測(cè)作為沖擊地壓預(yù)警監(jiān)測(cè)的主要手段。

1.3 沖擊危險(xiǎn)性判定

（1）鉆屑法是通過(guò)煤層中打小直徑鉆孔，當(dāng)鉆孔進(jìn)入高應(yīng)力煤體時(shí)，鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象，如孔壁煤體部分突然擠入孔內(nèi)，并伴有振動(dòng)、聲響或微沖擊等現(xiàn)象，鉆屑粒度增大，單位長(zhǎng)度排出的煤粉量大于正常量作為鑒別沖擊危險(xiǎn)的一個(gè)指標(biāo)。

（2）鉆屑法鉆進(jìn)過(guò)程中，孔壁有可能突然炸裂，沖擊鉆桿造成鉆桿跳動(dòng)，并伴有聲響現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能使鉆桿外推，因此，沖擊聲響、孔內(nèi)沖擊可以作為判斷沖擊危險(xiǎn)的一個(gè)指標(biāo)。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆桿卡死是鉆孔周圍煤體應(yīng)力高度集中或突然變化的標(biāo)志，因此，也把鉆桿被卡死作為鑒別沖擊危險(xiǎn)的一個(gè)指標(biāo)。

2 沖擊地壓防治措施

2.1 堅(jiān)持“先解危后開采”的原則，制定沖擊地壓防治工作流程：由總工程師組織進(jìn)行工作面開采前預(yù)評(píng)價(jià)劃定危險(xiǎn)區(qū)域——提前實(shí)施大鉆孔卸壓解危——鉆屑法檢驗(yàn)解危效果——生產(chǎn)過(guò)程中采用鉆屑法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

2.2 沖擊危險(xiǎn)區(qū)分為靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)和動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)。靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)是指通過(guò)沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)獲得的危險(xiǎn)區(qū)，是一種潛在的危險(xiǎn)區(qū)。動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)是指通過(guò)監(jiān)測(cè)獲得的危險(xiǎn)區(qū)，是一種已經(jīng)顯現(xiàn)的危險(xiǎn)區(qū)。

2.3 對(duì)礦山壓力顯現(xiàn)較明顯的區(qū)域，利用鉆屑法進(jìn)行檢驗(yàn)，如果煤粉超標(biāo)或出現(xiàn)異常動(dòng)力現(xiàn)象，說(shuō)明該區(qū)域具有發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)，應(yīng)采用大直徑鉆孔進(jìn)行卸壓。根據(jù)“應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移”原理，施工大直徑鉆孔會(huì)引起巷道深部圍巖（鉆孔遠(yuǎn)端附近圍巖）發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，形成一個(gè)弱化帶，引起巷道周邊圍巖內(nèi)的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道周邊附近圍巖處于低應(yīng)力區(qū)，當(dāng)發(fā)生沖擊時(shí)，一方面大直徑鉆孔的空間能夠吸收沖出的煤粉，防止煤體沖出，另一方面卸壓區(qū)內(nèi)頂?shù)装宓拈]合產(chǎn)生“楔形”阻力帶，也能夠防止煤體沖出而發(fā)生災(zāi)害。

2.4 巷道防護(hù)

（1）工作面加大兩巷超前支護(hù)范圍不小于50米，超前支柱必須采取連鎖固定措施，支護(hù)初撐力不小于90KN。

（2）距工作面上下出口150m范圍內(nèi)禁止存放閑置鋼性物料，雜物必須清理干凈，不準(zhǔn)存放閑置材料，保持退路暢通；此范圍內(nèi)嚴(yán)禁使用金屬管，必須使用鎧裝通訊電纜，所有支護(hù)錨桿采取了防崩措施，正在使用的物料、設(shè)備使用40T鏈子或不小于4#鋼絲繩纏繞物料至少1圈固定到底腳錨桿上，高度不超過(guò)0.8米。

（3）在沖擊地壓特別危險(xiǎn)區(qū)段進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，必須保證躲炮距離和躲炮時(shí)間，躲炮半徑不小于150m，躲炮時(shí)間不小于30min。

（4）施工物料必須放在巷道底板底角處，且碼放整齊；鉆具、鉆桿等工具不要懸掛、斜立在幫部。

3 開采技術(shù)對(duì)沖擊地壓的影響因素

3.1 開采技術(shù)條件可以促使引發(fā)擊地壓發(fā)生，它主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是，人為地形成應(yīng)力集中，增大發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性；二是，改變應(yīng)力狀態(tài)和產(chǎn)生震動(dòng)，可以誘發(fā)沖擊地壓具體表現(xiàn)如下：開采多層煤時(shí)，任何造成應(yīng)力集中的因素，如開采程序不合理、本層回采不干凈、相鄰兩層開采錯(cuò)距不合適等，均對(duì)防治沖擊地壓不利。

3.2 從防治沖擊地壓的角度而言，壁式開采優(yōu)于柱式開采，旱采優(yōu)與水采；直線工作面優(yōu)于曲線工作面，冒落法優(yōu)于充填法。

3.3 煤柱和開采邊界是最主要的應(yīng)力集中因素，應(yīng)避免孤島形和半島形煤柱；巷道和回采工作面不得相向推進(jìn)，以及在回采工作面或煤柱中的支承壓力帶內(nèi)掘進(jìn)巷道，以免集中應(yīng)力疊加而誘發(fā)沖擊地壓。 4 結(jié)語(yǔ)

我公司315采區(qū)首面31513東工作面防沖工作，按照開采前預(yù)評(píng)價(jià)劃定危險(xiǎn)區(qū)域——提前實(shí)施大鉆孔卸壓解危——鉆屑法檢驗(yàn)解危效果——生產(chǎn)過(guò)程中采用鉆屑法監(jiān)測(cè)預(yù)警的工作流程，已順利推采完畢，為我公司大埋深下煤層開采沖擊地壓防治工作奠定了基礎(chǔ)。實(shí)踐證明只要采用合理的開采技術(shù)，選擇可靠的監(jiān)測(cè)預(yù)警、卸壓方法，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)防沖措施，足以達(dá)到?jīng)_擊地壓“可知、可防、可控”的防治目的。

[責(zé)任編輯：劉帥](méi)