煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)研究

摘要：隨著煤礦開(kāi)采深度的增加，沖擊地壓的顯現(xiàn)會(huì)越發(fā)明顯，危害也愈加嚴(yán)重，給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大威脅。為了實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，加強(qiáng)沖擊地壓的防治技術(shù)研究顯得尤為重要。文章首先介紹了沖擊地壓的特點(diǎn)，繼而分析了其發(fā)生機(jī)理，最后指出具體的防治措施。

關(guān)鍵詞：煤礦；沖擊地壓；發(fā)生機(jī)理；防治技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD324 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）30-0069-02

1 煤礦沖擊地壓的特征

1.1 突發(fā)性

煤礦沖擊地壓在發(fā)生之前都沒(méi)有明顯的征兆，整個(gè)過(guò)程也十分短暫，一般會(huì)持續(xù)在幾秒到十幾秒，短暫的沖擊往往會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

1.2 多樣性

煤礦沖擊地壓一般可以分為煤爆、淺部沖擊和深部沖擊三種，不同的沖擊方式會(huì)對(duì)煤礦造成不同程度的危害。煤爆會(huì)破壞煤壁，在爆裂的過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)煤巖塊隨能量一同噴出煤巖體的現(xiàn)象；淺部沖擊大部分會(huì)發(fā)生在煤壁上，其能量釋放較大，破壞較嚴(yán)重；深部沖擊主要發(fā)生在煤礦的深處，往往釋放出的能量巨大，會(huì)給采掘巷道造成致命的打擊。

1.3 破壞性

沖擊地壓會(huì)出現(xiàn)頂板下沉、支架受損、設(shè)備移動(dòng)以及巷道堵塞的情況，不僅會(huì)直接影響到煤礦的正常工作，更嚴(yán)重的是會(huì)危害到工作人員的生命安全。

1.4 復(fù)雜性

不同的開(kāi)采深度，地質(zhì)結(jié)構(gòu)、煤層厚度以及傾斜角度等都有所不同，這給實(shí)際的采煤工作帶來(lái)很大的難度。頂板的砂、石灰?guī)r都能引發(fā)沖擊地壓，水采、炮采、普采以及綜采各種采煤工藝都會(huì)給煤礦的巖石結(jié)構(gòu)造成影響，使巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中釋放而發(fā)生沖擊地壓，給礦井造成巨大的危害。

2 煤礦沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理分析

2.1 開(kāi)采條件以及圍巖結(jié)構(gòu)

煤礦沖擊地壓發(fā)生機(jī)理的原因多種多樣，地質(zhì)條件、開(kāi)采條件以及圍巖結(jié)構(gòu)等都會(huì)產(chǎn)生直接的作用，具體的原因可以分為以下三種：

2.1.1 煤礦開(kāi)采的深度過(guò)大。隨著礦井服務(wù)年限的增加，采煤的深度也在不斷增加，一般發(fā)生沖擊地壓的地點(diǎn)在距地面800m以下，過(guò)大的深度會(huì)加大煤巖體的荷載，在開(kāi)采的過(guò)程中巷道周?chē)簬r體要承受過(guò)大的壓力，一旦壓力超過(guò)巖體或煤體所能承載的彈性極限，很容易在瞬間發(fā)生能量釋放，最終發(fā)生沖擊地壓。

煤礦的堅(jiān)硬頂板一般會(huì)有26m的砂質(zhì)泥巖，頂上為24m的堅(jiān)硬礫巖層，為了支撐頂板的壓力，需要在煤礦的底部設(shè)置底板，但是大部分是沒(méi)有支護(hù)的煤層。圖中的頂板條件很容易引起沖擊地壓，發(fā)生沖擊地壓之后工作面會(huì)出現(xiàn)頂板變形、彈性積累以及壓力釋放的情況。

2.1.3 開(kāi)采強(qiáng)度過(guò)大。因采煤技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，開(kāi)采煤巖體的規(guī)模和速度不斷加大，各個(gè)工作面高強(qiáng)度的采掘活動(dòng)相互影響加劇巷道周?chē)簬r體中應(yīng)力的集聚，應(yīng)力積累到一定的程度會(huì)引發(fā)大規(guī)模的沖擊地壓。

2.2 圍巖的活動(dòng)范圍以及作用分析

煤層埋藏較深的煤礦，垂直方向的作用力更大。一般在10～20MPa之間，當(dāng)煤礦開(kāi)始采掘工作后，頂板的作用力會(huì)適當(dāng)?shù)販p少，控制在5～8MPa范圍內(nèi)，但是在作用力下降的同時(shí)提高了應(yīng)力上升的空間。處于多個(gè)方向作用力的頂板的壓力值甚至?xí)^(guò)70MPa，過(guò)大的壓力是造成沖擊地壓的重要原因之一。當(dāng)多個(gè)采掘面處于采空狀態(tài)，承受多個(gè)方向作用力的區(qū)域最容易引發(fā)沖擊地壓，加大了開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。煤柱附近的應(yīng)力最為集中，當(dāng)開(kāi)采工作到達(dá)煤柱附近時(shí)，作業(yè)人員要提高警惕，時(shí)刻做好防范準(zhǔn)備，根據(jù)具體的地質(zhì)條件對(duì)煤巖體做好監(jiān)測(cè)和沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，并采取有效的防護(hù)措施。

3 煤礦沖擊地壓的防治技術(shù)

煤礦沖擊地壓的防治技術(shù)一定要實(shí)現(xiàn)以下兩點(diǎn)目標(biāo)：一是要降低應(yīng)力作用的集中，有效地將高峰應(yīng)力區(qū)的力量轉(zhuǎn)移到其他的地方；二是通過(guò)改變巖石的性能，來(lái)降低沖擊地壓過(guò)程中釋放的能量，從而降低沖擊地壓對(duì)煤礦的危害。具體的防治技術(shù)如下：

3.1 煤礦沖擊地壓的根本性措施

3.1.1 制定完善的開(kāi)采計(jì)劃。隨著采煤技術(shù)的不斷改進(jìn)，新區(qū)域?qū)嵤┬碌拈_(kāi)采工作一定要制定科學(xué)合理的計(jì)劃，開(kāi)采的順序和技術(shù)都要符合規(guī)范，避免讓煤柱處于易于應(yīng)力集中的狀態(tài)，以利于下一步工作的順利進(jìn)行。深礦井的回風(fēng)平巷是采煤計(jì)劃的重點(diǎn)，它的挖掘質(zhì)量直接決定了煤礦內(nèi)部的安全。合理的回風(fēng)平巷需要沿著采空區(qū)挖掘，在采煤的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)挖掘的回風(fēng)平巷不能滿(mǎn)足實(shí)際的需要，應(yīng)該重新確定挖掘的位置，最好是在煤柱附近，避免不同方向的支撐力給煤柱增添額外的壓力。較為安全的采煤區(qū)盡量多采掘，嚴(yán)禁留有煤柱。在沒(méi)有對(duì)煤柱進(jìn)行有效處理之前應(yīng)該禁止在應(yīng)力集中的地方開(kāi)展挖掘工作。深部挖掘的難度系數(shù)較大，盡量不要兩側(cè)同時(shí)開(kāi)展采煤工作，同時(shí)盡量減少對(duì)地下巖層的破壞。

3.1.2 保證煤層中的水量。有的煤層由于較硬使塑性差，具有很小的收縮性，當(dāng)外界的壓力達(dá)到一定的限度巖層就會(huì)出現(xiàn)崩潰，所以在日常的采煤中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖⑺Ｋ植粌H能夠改變煤層的結(jié)構(gòu)，還能增加煤層的塑性，在保證煤層強(qiáng)度和彈性的同時(shí)可以減少?zèng)_擊地壓對(duì)煤礦的損害，當(dāng)煤層中注入一定量的水時(shí)，沖擊等級(jí)也會(huì)相繼降低。注水還能使應(yīng)力高峰地區(qū)的數(shù)值下降，將集中的應(yīng)力向周?chē)D(zhuǎn)移，降低采煤的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 重視保護(hù)層的開(kāi)采。《煤礦安全規(guī)程》中明確指出了安全層的重要性，將無(wú)沖擊地壓或者是弱沖擊地壓作為安全層的地點(diǎn)，挖掘適當(dāng)?shù)陌踩珜幽軌蛴行p少各巖層之間的作用，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性。煤層開(kāi)采之后頂板以及底板都會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，保護(hù)層能夠降低這種應(yīng)力的出現(xiàn)，當(dāng)被保護(hù)層的應(yīng)力下降到安全范圍，就達(dá)到了防范沖擊地壓的目的。

3.1.4 加強(qiáng)巷道的支護(hù)。巷道在采煤工作中發(fā)揮關(guān)鍵的作用，加強(qiáng)頂?shù)装宓募庸谭椒ㄓ许攷湾^網(wǎng)索支護(hù)和拱形支架支護(hù)等，保證了支護(hù)強(qiáng)度的同時(shí)還能為采煤工作提供便利。在正式開(kāi)展巷道加固工作之前需要對(duì)煤礦的地質(zhì)條件有清晰的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，特別是受到?jīng)_擊地壓影響的區(qū)域，對(duì)不同巷道或巷道的不同地段采取針對(duì)性的強(qiáng)支護(hù)措施，可以大大減少?zèng)_擊地壓的發(fā)生次數(shù)和強(qiáng)度。endprint

3.2 沖擊地壓的解危措施

解危措施簡(jiǎn)單地說(shuō)就是對(duì)容易產(chǎn)生沖擊地壓的區(qū)域采取相應(yīng)的措施，當(dāng)發(fā)生沖擊地壓時(shí)能夠及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)，具體的解決措施是松動(dòng)爆破和震動(dòng)爆破。松動(dòng)爆破主要是利用炸藥的威力來(lái)擴(kuò)大巖體的空隙，達(dá)到改變煤巖體性質(zhì)的目的。震動(dòng)爆破是指讓?xiě)?yīng)力的集中區(qū)域受到振動(dòng)波的影響，誘發(fā)小規(guī)模的沖擊地壓，釋放煤巖體的能量，避免大規(guī)模事故的發(fā)生。

3.3 組織專(zhuān)門(mén)的防沖隊(duì)伍

科學(xué)完善的采煤工作，不僅要引進(jìn)先進(jìn)的采煤技術(shù)，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，更重要的是提高安全防范意識(shí)，重視專(zhuān)業(yè)防沖人才的培養(yǎng)。煤礦企業(yè)應(yīng)該根據(jù)員工的實(shí)際情況制定相應(yīng)的防治沖擊地壓培訓(xùn)計(jì)劃，提高他們的綜合素質(zhì)。同時(shí)，工程技術(shù)人員要加強(qiáng)沖擊地壓防治技術(shù)的研究和應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的監(jiān)督和管理，培養(yǎng)安全意識(shí)和防范技能，從而通過(guò)提高人的素質(zhì)來(lái)減少?zèng)_擊地壓造成的危害。

3.4 沖擊地壓的其他防護(hù)措施

防護(hù)措施相比較其他的措施具有預(yù)見(jiàn)性，具體措施如設(shè)備和物料捆綁在棚腿上、設(shè)置防護(hù)罩防止螺絲崩出、采掘工作面限員管理等，個(gè)人防護(hù)方面需要戴防沖帽和穿防沖衣，采掘作業(yè)中貫穿防沖技術(shù)的運(yùn)用等，通過(guò)采取防護(hù)措施降低危害程度。深井采掘最容易引發(fā)沖擊地壓，但是目前使用的防治技術(shù)還不能明確沖擊地壓的地點(diǎn)、時(shí)間和規(guī)模，因此在日常的工作中一定要研究和積累經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)不斷探索新的防治措施達(dá)到防治效果，從而提高煤礦采掘工作的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，面對(duì)煤礦沖擊地壓不斷發(fā)生的局面，加強(qiáng)防治工作刻不容緩。在制定具體的防治方案之前需要對(duì)礦井沖擊地壓產(chǎn)生的原因有正確的認(rèn)識(shí)，找出問(wèn)題的根源，這樣才能制定最適合本礦井的措施。開(kāi)采的方式、強(qiáng)度以及圍巖的結(jié)構(gòu)等都有可能引發(fā)大規(guī)模的沖擊地壓，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、合理設(shè)計(jì)和布局采掘作業(yè)、加強(qiáng)發(fā)生機(jī)理和防治措施的研究、加大投入和對(duì)職工的培訓(xùn)等都有利于對(duì)沖擊地壓進(jìn)行防治。

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作者簡(jiǎn)介：王旭（1973-），男，河南省義馬煤業(yè)集團(tuán)公司常村煤礦中級(jí)工程師，碩士，研究方向：煤礦安全管理。endprint