巷道沖擊地壓防治技術(shù)的應(yīng)用與研究

張 現(xiàn) 張校春

（中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

在巷道挖掘的過(guò)程當(dāng)中，沖擊地壓是承受著高應(yīng)力的巖體或者脆性煤層超出承受極限，向自由空間瞬間釋放大量能量的動(dòng)力現(xiàn)象，并且還有突發(fā)性、巨大的破壞性。嚴(yán)重威脅煤礦安全，世界各國(guó)的煤炭科研工作者前前后后試驗(yàn)了很多卸壓和消突技術(shù)措施，取得了不錯(cuò)的消突效果。

1 沖擊地壓的分類(lèi)和顯現(xiàn)特征

1.1 沖擊地壓的分類(lèi)。幾種沖擊地壓依照沖擊顯現(xiàn)的種類(lèi)、放出的能量、沖擊的源頭有下面類(lèi)型：依照沖擊的巖體種類(lèi)能夠?qū)_擊地壓分成煤層沖擊以及巖層沖擊，煤層沖擊指的是頂板的巖層在遇到高應(yīng)力作用的時(shí)候會(huì)放出巨大彈性能將其作用在煤體，等到彈性能超過(guò)極限強(qiáng)度之后，煤體就會(huì)破碎，然后釋放出其余的彈性能；巖體沖擊就是高強(qiáng)度的脆性巖石快速放出彈性能，巖體猛烈、急劇地拋出［1］。

根據(jù)沖擊地壓放出的地震能大小分成災(zāi)害沖擊、強(qiáng)烈沖擊、中等沖擊、弱沖擊還有微沖擊。微沖擊就是在局部小范圍當(dāng)中的礦體震動(dòng)以及煤巖拋出，包括有微震和射落。弱沖擊是很少的煤巖體拋出而且產(chǎn)生局域的破壞，伴隨著地震效應(yīng)還有微小響聲，但是不會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。中等沖擊屬于猛烈、急劇的破壞，拋出很多的煤巖體，而且出現(xiàn)氣浪導(dǎo)致巷道當(dāng)中的支護(hù)措施移位的現(xiàn)象、少量的設(shè)備被破壞。強(qiáng)烈沖擊能夠?qū)е孪锏喇?dāng)中數(shù)千米范圍內(nèi)的設(shè)備被破壞并且支護(hù)措施也會(huì)遭到破壞，修復(fù)的工作會(huì)非常麻煩。災(zāi)害性的沖擊可以導(dǎo)致一個(gè)水平的巷道甚至是整個(gè)采區(qū)出現(xiàn)坍塌，特別嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦井報(bào)廢。

1.2 沖擊地壓的顯現(xiàn)特征。大多數(shù)情況下沖擊地壓會(huì)使得煤巖體破裂，等到縫隙擴(kuò)展以后，將剩余的能量經(jīng)過(guò)巖、煤沖擊到巷道進(jìn)一步釋放。因此沖擊地壓有著以下幾個(gè)特征：第一是突發(fā)性，在沖擊地壓發(fā)生之前一般是沒(méi)有顯著宏觀征兆的，非常多的沖擊地壓全是因?yàn)闅埩裘褐偷刭|(zhì)結(jié)構(gòu)帶造成，會(huì)突然猛烈地發(fā)生但是持續(xù)時(shí)間很短暫，很難事先對(duì)發(fā)生時(shí)間、強(qiáng)度、地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)判。第二是瞬時(shí)性，沖擊地壓發(fā)生的過(guò)程短暫而急劇，伴隨著強(qiáng)烈震動(dòng)以及巨大的聲響，通常不會(huì)超過(guò)十幾秒。第三是巨大的破壞性，在沖擊地壓的時(shí)候堅(jiān)硬頂板斷裂以后會(huì)有明顯的瞬間下沉，但是通常不冒落；有的時(shí)候底板會(huì)突然鼓起開(kāi)裂，很多煤體瞬間破裂并且由煤壁迅速拋出，使巷道堵塞，設(shè)備損壞，還有可能會(huì)伴有巨大的財(cái)產(chǎn)損失和嚴(yán)重的人員傷亡［2］。

2 煤礦沖擊地壓產(chǎn)生的原因

2.1 煤巖層結(jié)構(gòu)的影響。導(dǎo)致沖擊地壓施工的工作面通常有兩種結(jié)構(gòu)，分別是硬頂-薄軟層-煤層以及硬頂-硬煤-硬底。這兩種地質(zhì)條件是沖擊地壓出現(xiàn)的潛在原因。

2.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。沖擊地壓事故一般出現(xiàn)在褶曲、斷層、煤層傾角變化帶這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)附近伴隨著高應(yīng)力，煤層開(kāi)挖之后就出現(xiàn)了構(gòu)造應(yīng)力集中發(fā)生沖擊地壓。

2.3 開(kāi)挖深度。伴隨著開(kāi)挖深度的增加，煤巖體儲(chǔ)存的彈性能就會(huì)越來(lái)越大，直到超出了煤層的抗壓強(qiáng)度極限。

2.4 支撐壓力。煤層開(kāi)采以后，在圍巖和工作面煤體當(dāng)中伴隨著應(yīng)力集中，會(huì)出現(xiàn)支撐壓力。兩順槽超前范圍之內(nèi)承受比較高的支撐應(yīng)力，周?chē)煽諈^(qū)的煤體之中，還會(huì)受到側(cè)向固定支撐壓力的作用，尤其是兩側(cè)采空的煤巖體中，幾種壓力互相疊加導(dǎo)致煤體中應(yīng)力集中，因此就更容易出現(xiàn)沖擊地壓［3］。

3 沖擊地壓治理技術(shù)

3.1 運(yùn)用正確的方法開(kāi)采，合理開(kāi)拓布局。應(yīng)當(dāng)盡可能采區(qū)長(zhǎng)臂采煤的方法后退式開(kāi)采，運(yùn)用完全垮落法管理頂板，在出現(xiàn)沖擊危險(xiǎn)時(shí)，首先采用開(kāi)采保護(hù)煤層，合理安排煤層開(kāi)采次序，避免出現(xiàn)“孤島”工作面。

3.2 煤層卸壓爆破和預(yù)注水。運(yùn)用水的物理化學(xué)性質(zhì)改變沖擊煤層當(dāng)中的物理力學(xué)的性質(zhì)，將煤體的彈性、強(qiáng)度、結(jié)合力等降低，達(dá)到軟化煤層的作用，將部分的高應(yīng)力能量吸收，降低彈性能，避免沖擊地壓的出現(xiàn)。

3.3 強(qiáng)制放頂。強(qiáng)制放頂就是使用爆破等方法強(qiáng)制頂板垮落，以此降低煤體應(yīng)力，在采空區(qū)當(dāng)中用強(qiáng)制頂板垮落，深孔預(yù)裂爆破，減少頂板來(lái)壓的強(qiáng)度，降低煤體支撐壓力的分布范圍。

4 沖擊地壓預(yù)測(cè)技術(shù)

4.1 礦壓觀測(cè)和宏觀判斷法。根據(jù)本礦地質(zhì)條件以及開(kāi)采情況，分析本區(qū)域當(dāng)中沖擊地壓發(fā)展以及發(fā)生的趨勢(shì)。使用液壓枕、頂板動(dòng)態(tài)儀、鋼卷尺以及測(cè)力計(jì)等常規(guī)礦壓觀測(cè)的辦法，觀察和記錄區(qū)域的片幫、板炮、頂板壓力、頂板下沉量、采空區(qū)懸頂?shù)鹊V壓顯現(xiàn)的現(xiàn)象，分析區(qū)域沖擊的危險(xiǎn)性。

4.2 微震和地音法。微震法一般是檢測(cè)煤巖體當(dāng)中出現(xiàn)的微小震動(dòng)，然后對(duì)其進(jìn)行分析，運(yùn)用這種方法能夠?qū)_擊地壓進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)。地音法就是在檢測(cè)區(qū)域?qū)⒌匾籼筋^布置好，通過(guò)檢測(cè)裝置自動(dòng)連續(xù)地收集地音信號(hào)，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)處理和分析檢測(cè)區(qū)域當(dāng)中沖擊危害的程度。

4.3 電磁輻射鉆屑法和檢測(cè)。研究表明，形變破壞、煤巖沖擊變形值釋放出的能量以及電磁輻射的脈沖數(shù)、幅值成正比關(guān)系。依照電磁輻射的信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)程度進(jìn)行判斷。鉆屑法指的是運(yùn)用在沖擊傾向煤層當(dāng)中打小孔徑鉆孔的辦法，根據(jù)打鉆時(shí)煤層每米深度排除煤粉量的高低，還有相關(guān)的動(dòng)力現(xiàn)象來(lái)預(yù)測(cè)沖擊地壓危險(xiǎn)性。經(jīng)過(guò)對(duì)鉆孔煤粉量的大小進(jìn)行測(cè)量來(lái)確定煤層的應(yīng)力狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦沖擊地壓會(huì)威脅到工作人員生命和財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成影響。因此一定要引起高度的重視。

［1］施炳華.淺談煤礦沖擊地壓防治技術(shù)的現(xiàn)狀以及前景［J］.煤炭科技，2010（4）：84-87.

［2］李世玉，何雪松，張紹全，等.礦山地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)展以及最新成果［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2011（19）：122-124.

［3］謝廣祥，石必明，于啟祥.低透氣性煤層深孔預(yù)裂控制松動(dòng)爆破防突作用分析［J］.礦山壓力和頂板管理，2011（03）：327-329.