淺談沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警及防治

【摘 要】實踐證明只要采用合理的開采技術(shù)，選擇可靠的監(jiān)測預(yù)警、卸壓方法，嚴格落實各項防沖措施，足以達到?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，變形能瞬間釋放為動能，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力現(xiàn)象。沖擊地壓發(fā)生時伴有巨大的聲響和強烈的震動。沖擊地壓可以造成慘重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，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)生過沖擊地壓事故，根據(jù)《山東煤礦沖擊地壓重點監(jiān)察意見（試行）》、《山東能源集團加強沖擊地壓管理特別規(guī)定》要求，我公司擴大區(qū)三采區(qū)15層煤下山區(qū)埋深超過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)、動態(tài)破壞時間和單軸抗壓強度。當(dāng)這些沖擊傾向性指標(biāo)大于臨界值時，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)中華人民共和國國家標(biāo)準《煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法GB/T 25217.2-2010》，對15層煤沖擊傾向性進行鑒定，其結(jié)果如下：

（1）頂板為無沖擊傾向性；

（2）煤層為無沖擊傾向性；

（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，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，尤其注意好沖擊地壓的防治工作。

1.2 監(jiān)測預(yù)警方法

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

鉆屑法——可復(fù)雜地質(zhì)條件下大范圍采用，經(jīng)濟、實用、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)測方法——屬于區(qū)域性監(jiān)測預(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)濟投入非常大，適合厚煤層。

沖擊地壓在線監(jiān)測預(yù)警法——屬于臨場監(jiān)測預(yù)警（預(yù)報），在地面就可以預(yù)報，但設(shè)備多、費用高，安全經(jīng)濟投入大，適合厚煤層。

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

1.3 沖擊危險性判定

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

（2）鉆屑法鉆進過程中，孔壁有可能突然炸裂，沖擊鉆桿造成鉆桿跳動，并伴有聲響現(xiàn)象，嚴重時可能使鉆桿外推，因此，沖擊聲響、孔內(nèi)沖擊可以作為判斷沖擊危險的一個指標(biāo)。鉆進過程中，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的一個指標(biāo)。

2 沖擊地壓防治措施

2.1 堅持“先解危后開采”的原則，制定沖擊地壓防治工作流程：由總工程師組織進行工作面開采前預(yù)評價劃定危險區(qū)域——提前實施大鉆孔卸壓解危——鉆屑法檢驗解危效果——生產(chǎn)過程中采用鉆屑法預(yù)測預(yù)報。

2.2 沖擊危險區(qū)分為靜態(tài)危險區(qū)和動態(tài)危險區(qū)。靜態(tài)危險區(qū)是指通過沖擊危險性評價獲得的危險區(qū)，是一種潛在的危險區(qū)。動態(tài)危險區(qū)是指通過監(jiān)測獲得的危險區(qū)，是一種已經(jīng)顯現(xiàn)的危險區(qū)。

2.3 對礦山壓力顯現(xiàn)較明顯的區(qū)域，利用鉆屑法進行檢驗，如果煤粉超標(biāo)或出現(xiàn)異常動力現(xiàn)象，說明該區(qū)域具有發(fā)生沖擊地壓的危險，應(yīng)采用大直徑鉆孔進行卸壓。根據(jù)“應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移”原理，施工大直徑鉆孔會引起巷道深部圍巖（鉆孔遠端附近圍巖）發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，形成一個弱化帶，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，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

（1）工作面加大兩巷超前支護范圍不小于50米，超前支柱必須采取連鎖固定措施，支護初撐力不小于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，不準存放閑置材料，保持退路暢通；此范圍內(nèi)嚴禁使用金屬管，必須使用鎧裝通訊電纜，所有支護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0.8米。

（3）在沖擊地壓特別危險區(qū)段進行爆破作業(yè)時，必須保證躲炮距離和躲炮時間，躲炮半徑不小于150m，躲炮時間不小于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)生沖擊地壓的危險性；二是，改變應(yīng)力狀態(tài)和產(chǎn)生震動，可以誘發(fā)沖擊地壓具體表現(xiàn)如下：開采多層煤時，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、相鄰兩層開采錯距不合適等，均對防治沖擊地壓不利。

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，以及在回采工作面或煤柱中的支承壓力帶內(nèi)掘進巷道，以免集中應(yīng)力疊加而誘發(fā)沖擊地壓。 4 結(jié)語

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)評價劃定危險區(qū)域——提前實施大鉆孔卸壓解危——鉆屑法檢驗解危效果——生產(chǎn)過程中采用鉆屑法監(jiān)測預(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)。實踐證明只要采用合理的開采技術(shù)，選擇可靠的監(jiān)測預(yù)警、卸壓方法，嚴格落實各項防沖措施，足以達到?jīng)_擊地壓“可知、可防、可控”的防治目的。

[責(zé)任編輯：劉帥]