高應力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治的理論分析

潘環喜

摘 要：依據沖擊地壓發生的一些實例可以發現，處于高瓦斯煤層中，沖擊地壓的發生能夠從高應力高瓦斯上獲得極大地促進作用。所以在高應力高瓦斯條件下，煤巷沖擊壓防治必須要考慮到瓦斯對沖擊地壓存在的作用。在對沖擊打壓進行防治的過程中，需要注意采用針對性的方法對于瓦斯進行防治。可采用煤層注水、水力壓裂或者是松動爆破等方式減少動力災害在高地應力下的發生，以此達到煤與瓦斯沖突以及沖擊地壓發生危險性的有效降低。

關鍵詞：高應力；高瓦斯；煤巷；沖擊地壓防治

針對沖擊地壓發生機理的研究，已經在國內外產生了一定程度的基本認識，并且在預測與防治方面也已形成了一套基本的技術方法。但是在高應力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓在發生機理以及防治上實施的專門研究尚且不多。若是對低瓦斯煤巷而言，會因為瓦斯壓力小、含量低，將瓦斯對沖擊地壓產生的影響忽略掉。然而針對高壓力與高瓦斯條件下的煤巷而言，則無法忽略瓦斯對沖擊打壓產生的作用與影響。

1 高應力、高瓦斯沖擊地壓機理

隨著埋深的增加，地應力會隨之增大，當埋深到達了一定的深度時，原巖中的地應力會突破煤巖自身最大的應力承受強度，而此時，煤巖中長時間積聚的彈性能便會突然猛烈的釋放出來，從而破壞巷道，主要表現為巷道圍巖剝落、彈射甚至是拋射。除此之外，還有伴隨巨大的聲響、沖擊波以及圍巖振動產生，嚴重的影響到安全生產。

井下巷道在實施開挖之后，會改變原有的巷道應力狀態，使應力獲得重新的分布。而巷道圍巖內部屬于非均質性質，從而導致圍巖內部有高應力集中區或者是低強度區形成，這些區域應變軟化性質是十分典型的，并且變形的程度越大就會導致抵抗變形的能力變得更低。同時一些形成應力集中區或者是降低區的應力并沒有達到煤巖體的峰值，從而繼續維持著原有的彈性性質。當巷道圍巖喪失了穩定的平衡狀態后，面對外界的干擾極易產生影響，從而導致內部原本積聚的彈性能釋放出來，導致巷道破壞甚至出現強烈的動壓現象。可見，一般情況下，應變軟化的區域容易發生沖擊地壓。

煤巖體承受應力作用時產生變形破壞的過程就是沖擊地壓孕育的過程，而發生沖擊地壓之間的過程，可以用準靜態過程來理解。當沖擊地壓發生之后，會導致巷道煤巖內部出現新的應力分布，進而釋放能量，以此向新的平衡狀態發展。但這個向新平衡發展的過程，會致使巷道圍巖出現嚴重的破壞性變形，因為能量使以動力的形式釋放的，所以該過程也就是動態的。所以說沖擊地壓發生的整個過程可以看作是先由靜態失穩變為動態，再由能量釋放以及應力的重新分布再轉變為平衡的靜態。

2 高應力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治理論

2.1 加固巷道圍巖

巷道開挖之后，首先需要做的就是對巷道實施錨桿支護并對注漿錨桿實施全部的注漿。在注漿錨桿錨固區形成一層由錨桿和漿液組成的強度較高的承載圈，使其將徑向壓力提供給錨桿，從而使錨桿能夠將懸吊、組合拱、組合梁以及最大水平應力等作用發揮出來，增加深部高瓦斯巷道圍壓的層狀破壞中各層的摩檫力，以此改變圍巖的受力狀態，從一維受力轉換成二維受力或者是三維受力。之所以進行注漿，就是因為注漿能夠使破碎圍巖的內摩擦力與粘結力得以增加，從而提升圍巖強度。

對于深部巷道而言，存在圍巖分區破壞的問題，此時錨桿與淺部注漿對于有些情形是很難發揮出作用的，即使注漿能夠將圍巖本身的強度提升，但是面對深部高應力給予的擾動依舊無法承受，僅僅對其進行淺部低壓注漿，會威脅到巷道的長期穩定。因此需要對巷道圍巖的深部實施一次注漿。通過對錨索的注漿，將注漿的作用范圍增加。通過這樣的方式，便能使兩層以注漿為主的支護體形成與巷道的周圍，共同承受圍巖應力。

通過注漿管，將能夠實現膠結硬化的漿液向圍巖中注入的過程便是錨注支護，此措施中，注漿管也能夠具備錨桿的作用。破碎的圍巖可以因注入的漿液實現膠結，從而變成具有高強度的膠結體，使破碎圍巖能夠在力學性質與性能上得到改善。提高膠結體的內摩擦角與內聚力，從而使巷道圍巖能夠獲得強度與抵抗外力能力提升，是漿液最為明顯的效果，以此促使巷道的穩定可以得到一定的保障。錨注不僅能夠將錨桿、錨噴、錨索以及錨網等主動支護擁有的柔性特征展現出來，還能將被動支護具備的剛性很好地展現出來。這樣便能夠將支護體具備的支護效果很好地發揮出來，使巷道得到穩定性的保證。與此同時，巷道圍巖還能因為注漿處理實現結構若面存在程度的降低，使應變軟化區域得以減少，利于巷道沖擊地壓的防治。

2.2 轉移或釋放高應力

高應力的轉移。由于深孔爆破斜壓施工的操作方式較為簡單，同時斜壓的效果較為良好，所有在轉移高應力上得到了廣泛的應用。所謂爆破指的就是在高溫高壓環境下產生氣體同時釋放爆轟波的整個過程，當爆轟產生的瞬間，鉆孔會被產生的氣體充滿，同時使鉆孔孔壁獲得數萬兆帕的超壓。這種情況下，存在于爆破源周圍的煤巖體便會直接被壓實，同時會有一個壓應力場形成于鉆孔的旁邊，面對壓應力施加的作用，會導致煤巖體出現壓縮以及徑向位移的現象，并且在拉應力施加的作用下會有拉伸形變出現。對于煤巖體而言，其抗拉能力并沒有抗壓能力強，所以徑向方向便會首先出現裂縫。與此同時，還會因為徑向方向上的每個質點都有著不同的移動情況，導致徑向方向上還會出現剪應力，從而產生破壞。

深孔爆破控制沖擊地壓的機理：沖擊地壓發生必備的能力條件與強度條件會因為爆破裂縫的產生得到同時的消除；煤巖體在弱化之后，便會有效預防發生沖擊地壓；應力集中的程度能夠實現降低，同時使高應力峰向深處轉移；處于高瓦斯煤層環境中，深孔爆破能夠使煤巖體增加透氣性，使煤巖體中存在的瓦斯能夠得到快速的釋放，使瓦斯壓力梯度實現降低，從而有效降低瓦斯影響煤巖體的程度。

高應力的釋放。在進行高應力轉移之后，可以采用一些恰當的方式釋放掉巷道圍巖淺部區域中的應力，從而實現高應力的釋放。在進行深部開采的過程中，會逐漸增加煤層中瓦斯具備的吸附能力，面對外部施加的擾動，煤層中的瓦斯會產生很高的解析膨脹能量，正是因為存在這些能量才會導致產生沖擊地壓。所以必須通過一些合理的方式釋放掉煤層中的瓦斯，只有這樣才能減少或者是降低其對煤巖體存在的影響。

3 結束語

綜上所述，井下巷道在實施開挖之后，圍巖內部會有高應力集中區或者是低強度區形成，當巷道圍巖喪失了穩定的平衡狀態后，面對外界的干擾極易產生影響，從而導致內部原本積聚的彈性能釋放出來，其中應變軟化的區域便會極易發生沖擊地壓，嚴重影響安全生產。基于此，文章分析了高應力、高瓦斯沖擊地壓機理，并且從加固巷道圍巖、轉移或釋放高應力這兩個方向探討了高應力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓防治理論，希望以此為高應力高瓦斯條件下煤巷沖擊地壓發生機理以及防治理論的研究提供一些借鑒。

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