研究煤炭開采沖擊地壓機(jī)理與防治

劉明亮

摘要：近年來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)于自然資源的開采也逐漸越來越多。全面范圍內(nèi)存在著大大小小的煤炭開采工程，每年礦區(qū)都會(huì)發(fā)生不安全事故。發(fā)生這些不安全事故的原因有很多，其中沖擊地壓是常見的礦區(qū)災(zāi)害的一種。本文結(jié)合目前我國煤炭開采工程現(xiàn)狀分析，對(duì)沖擊地壓產(chǎn)生的礦區(qū)災(zāi)難進(jìn)行具體的分析，試圖找到合理預(yù)防的措施，降低不安全事故發(fā)生的幾率。

關(guān)鍵詞：社會(huì)經(jīng)濟(jì)；自然資源；煤炭開采工程；沖擊地壓；現(xiàn)狀；措施

目前，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國在2013年底由于沖擊地壓發(fā)生礦難的煤炭開采工程有150多個(gè)，其中有60多個(gè)已經(jīng)將開采深度拓展到了一千米。由于礦井受到?jīng)_擊地壓的破壞，使得很多礦井工人面臨生命危險(xiǎn)，有些工人甚至死亡。沖擊地壓已然成為威脅我國煤炭開采工程的突出問題，需要我國注重對(duì)此問題的重視程度。

一、沖擊地壓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問題

1.沖擊地壓地質(zhì)構(gòu)造條件及相互作用機(jī)制

對(duì)于沖擊地壓形成的因素有很多，比如礦井的地質(zhì)特征或者礦井的構(gòu)造過程等與其有著密切的聯(lián)系關(guān)系。礦井地質(zhì)隨著時(shí)間的演化，每層的展布、厚度都有所不同，從而造成了地質(zhì)構(gòu)造、分布等存在較大差異性。引發(fā)礦井災(zāi)難的根本原因在于地質(zhì)在不停的運(yùn)動(dòng)，形成了多種地質(zhì)構(gòu)造，并且具有一定的特殊性，促使了災(zāi)害的發(fā)生。在引發(fā)沖擊地壓災(zāi)難發(fā)生的諸多因素中，其中斷層和褶曲是作為特殊地質(zhì)構(gòu)造成為誘發(fā)的主要地質(zhì)因素。近年來，通過諸多國內(nèi)外知名的學(xué)者對(duì)沖擊地壓災(zāi)難發(fā)生進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)沖擊地壓災(zāi)難的發(fā)生與斜軸部、構(gòu)造變化以及應(yīng)力帶區(qū)域有著直接的聯(lián)系。另外，也有一些專家學(xué)者指出不同類型的斷層對(duì)沖擊地壓的形成也有不同的影響。在地質(zhì)構(gòu)造對(duì)沖擊地壓的影響研究過程中，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的兩種類型增壓和減壓有著截然不同的效果。增壓型地質(zhì)構(gòu)造會(huì)促進(jìn)沖擊地壓的發(fā)生，而減壓型會(huì)降低沖擊地壓發(fā)生的幾率。為此，想要降低沖擊地壓發(fā)生的幾率，還是應(yīng)該詳細(xì)的了解地質(zhì)構(gòu)造的信息。

目前，我國地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)的技術(shù)發(fā)展還需要很大的提升空間，有探地雷達(dá)、TSP 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以及三維地震勘探等技術(shù)。面臨巨大的煤炭開采工程，對(duì)煤炭深層地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)研究是一項(xiàng)巨大的工程，不僅要對(duì)煤層和空間結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)的探索、研究，同時(shí)也要建立一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，制定綜合性的探測(cè)方法，使得對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的研究成為準(zhǔn)確判斷的依據(jù)，為降低沖擊地壓礦難發(fā)生的幾率。

2.煤礦沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理

對(duì)于像我國這樣的煤炭開采大國來說，由于過度的開采煤炭資源，發(fā)生沖擊地壓礦難的幾率當(dāng)然會(huì)比那些煤炭開采資源較少的國家要大的多。但是，我國還不能為降低礦難發(fā)生的幾率就毅然決然的放棄資源開發(fā)和利用也是不理性的做法。所以，對(duì)沖擊地壓礦難發(fā)生的有效預(yù)防及控制成為未來我國發(fā)展研究的主要方向。沖擊地壓機(jī)理引起因素分為三種類型，包括物力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及局部變形的突出以及擾動(dòng)影響與沖擊地壓之間的關(guān)系。這三種類型隨著我國煤炭資源開采的不斷深入，也逐漸成為近幾十年來威脅礦難發(fā)生的主要因素，尤其是擾動(dòng)影響與沖擊地壓之間的關(guān)系，深度和擾動(dòng)增加的越快，對(duì)沖擊地壓發(fā)生的幾率就越大。通過此種方向的研究，從煤巖體裂縫開采，以能量的積聚以及釋放機(jī)制、能量場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律為基本理念，通過能量體系、分叉理論和動(dòng)力學(xué)對(duì)破裂演化誘發(fā)的沖擊地壓過程進(jìn)行分析，探索有效降低沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生的幾率。

二、煤礦沖擊地壓的綜合防治方法

目前，我國對(duì)沖擊地壓的防治技術(shù)可分為三類，一類是不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，比如優(yōu)化開拓布置、解放層開采、無煤柱開采或者寬巷留住法等等，可以有效的避免沖擊地壓的發(fā)生。一類是無法避免沖擊危險(xiǎn)發(fā)生的區(qū)域，要進(jìn)行及時(shí)解危處理。不斷改善煤巖體截止性質(zhì)、避免高應(yīng)力集中等減弱積聚彈性能等。具體做法包括頂板深孔爆破、底板切槽法、大孔卸壓法、預(yù)掘卸壓硐室、煤層高壓水力壓裂或者高壓水射流切槽等。另一類則是采用有效的支護(hù)方法。所謂的支護(hù)方法其實(shí)質(zhì)是一種被動(dòng)的防護(hù)措施，是通過增大支護(hù)強(qiáng)度或改善支護(hù)方式以提高支護(hù)體抵抗沖擊的能力，比如垛式液壓支架法、恒阻大變形錨索支護(hù)法、強(qiáng)力錨桿 U 型鋼支護(hù)法、沖擊震動(dòng)巷道圍巖剛?cè)嵝钅苤ёo(hù)法等等。

結(jié)合以上三類沖擊地壓的防治技術(shù)手段來看，其中開采設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是從源頭上解決實(shí)際問題，成為根本性解決沖擊地壓危險(xiǎn)的重要手段。例如，礦井開采階段要注重對(duì)應(yīng)力疊加和集中問題的考慮，如果沒有考慮到位的話，很可能導(dǎo)致出現(xiàn)孤島煤柱開采和上覆煤柱下方開采的局面。另外兩種有效防治技術(shù)手段成為輔助力量，達(dá)到了消除應(yīng)力多次疊加產(chǎn)生的應(yīng)力高度集中的目的。

在我國全面范圍內(nèi)進(jìn)行沖擊地壓技術(shù)管理體系開展過程中，對(duì)防治沖擊地壓的防治工作的設(shè)計(jì)非常重視。比如山東能源集團(tuán)為此專門制定了煤炭開采生產(chǎn)的八大管理規(guī)定，成為目前對(duì)煤炭企業(yè)開采防治沖擊地壓的標(biāo)準(zhǔn)型舉措。具體的八項(xiàng)管理規(guī)定里其中有幾項(xiàng)內(nèi)容具有顯著的代表性，比如開采前進(jìn)行沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、開采設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、開采前的防沖預(yù)處理、沖擊地壓防治經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。另外，為加強(qiáng)對(duì)防沖工作的重視程度，還建立了一套完整的體系和流程，包括防沖人員、技術(shù)體系、管理體系，一個(gè)流程則是指閉環(huán)式的工作流程。技術(shù)體系的發(fā)展對(duì)防沖工作有著舉足輕重的地位，例如危險(xiǎn)區(qū)的三強(qiáng)防沖技術(shù)，強(qiáng)卸壓、監(jiān)測(cè)及防護(hù)起到了很好的防沖效果。

隨著我國社會(huì)不斷的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷的改進(jìn)，對(duì)沖擊地壓防治技術(shù)手段的應(yīng)用探索還需要更深層次的研究。我國要廣泛吸收國外先進(jìn)的沖擊地壓防治方法機(jī)理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，力爭(zhēng)為我國沖擊地壓等煤炭開采災(zāi)難機(jī)理及防治方法的研究做出巨大的貢獻(xiàn)，為降低沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)難的發(fā)生。另外，結(jié)合我國裝備預(yù)警監(jiān)測(cè)設(shè)備的考慮，也要充分吸收國外先進(jìn)的開采設(shè)計(jì)理念，改變采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分布，不斷改善局部煤巖體性質(zhì)等等。不斷研究出適合我國煤礦深部沖擊地壓綜合防治方法的理論和技術(shù)，為降低沖擊地壓災(zāi)難的發(fā)生提供有利的保障基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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