研究煤炭開采沖擊地壓機理與防治

劉明亮

摘要：近年來，我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，對于自然資源的開采也逐漸越來越多。全面范圍內存在著大大小小的煤炭開采工程，每年礦區(qū)都會發(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)災害的一種。本文結合目前我國煤炭開采工程現(xiàn)狀分析，對沖擊地壓產生的礦區(qū)災難進行具體的分析，試圖找到合理預防的措施，降低不安全事故發(fā)生的幾率。

關鍵詞：社會經(jīng)濟；自然資源；煤炭開采工程；沖擊地壓；現(xiàn)狀；措施

目前，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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，其中有60多個已經(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，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，需要我國注重對此問題的重視程度。

一、沖擊地壓發(fā)生機理與防治技術研究現(xiàn)狀及存在的問題

1.沖擊地壓地質構造條件及相互作用機制

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

目前，我國地質構造探測的技術發(fā)展還需要很大的提升空間，有探地雷達、TSP 超前地質預報以及三維地震勘探等技術。面臨巨大的煤炭開采工程，對煤炭深層地質構造進行詳細研究是一項巨大的工程，不僅要對煤層和空間結構及力學性質進行相關的探索、研究，同時也要建立一套完整的監(jiān)測系統(tǒng)，制定綜合性的探測方法，使得對地質構造的研究成為準確判斷的依據(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)生機理

對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然會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，對沖擊地壓礦難發(fā)生的有效預防及控制成為未來我國發(fā)展研究的主要方向。沖擊地壓機理引起因素分為三種類型，包括物力學性質、地質構造及局部變形的突出以及擾動影響與沖擊地壓之間的關系。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，尤其是擾動影響與沖擊地壓之間的關系，深度和擾動增加的越快，對沖擊地壓發(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制、能量場的時空演化規(guī)律為基本理念，通過能量體系、分叉理論和動力學對破裂演化誘發(fā)的沖擊地壓過程進行分析，探索有效降低沖擊地壓災害發(fā)生的幾率。

二、煤礦沖擊地壓的綜合防治方法

目前，我國對沖擊地壓的防治技術可分為三類，一類是不斷優(yōu)化設計方法，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發(fā)生的區(qū)域，要進行及時解危處理。不斷改善煤巖體截止性質、避免高應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方法。所謂的支護方法其實質是一種被動的防護措施，是通過增大支護強度或改善支護方式以提高支護體抵抗沖擊的能力，比如垛式液壓支架法、恒阻大變形錨索支護法、強力錨桿 U 型鋼支護法、沖擊震動巷道圍巖剛柔蓄能支護法等等。

結合以上三類沖擊地壓的防治技術手段來看，其中開采設計優(yōu)化方法是從源頭上解決實際問題，成為根本性解決沖擊地壓危險的重要手段。例如，礦井開采階段要注重對應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手段成為輔助力量，達到了消除應力多次疊加產生的應力高度集中的目的。

在我國全面范圍內進行沖擊地壓技術管理體系開展過程中，對防治沖擊地壓的防治工作的設計非常重視。比如山東能源集團為此專門制定了煤炭開采生產的八大管理規(guī)定，成為目前對煤炭企業(yè)開采防治沖擊地壓的標準型舉措。具體的八項管理規(guī)定里其中有幾項內容具有顯著的代表性，比如開采前進行沖擊地壓危險性評價、開采設計方案優(yōu)化、開采前的防沖預處理、沖擊地壓防治經(jīng)驗的總結。另外，為加強對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、技術體系、管理體系，一個流程則是指閉環(huán)式的工作流程。技術體系的發(fā)展對防沖工作有著舉足輕重的地位，例如危險區(qū)的三強防沖技術，強卸壓、監(jiān)測及防護起到了很好的防沖效果。

隨著我國社會不斷的發(fā)展，科學技術不斷的改進，對沖擊地壓防治技術手段的應用探索還需要更深層次的研究。我國要廣泛吸收國外先進的沖擊地壓防治方法機理的實踐經(jīng)驗，力爭為我國沖擊地壓等煤炭開采災難機理及防治方法的研究做出巨大的貢獻，為降低沖擊地壓動力災難的發(fā)生。另外，結合我國裝備預警監(jiān)測設備的考慮，也要充分吸收國外先進的開采設計理念，改變采動應力場分布，不斷改善局部煤巖體性質等等。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，為降低沖擊地壓災難的發(fā)生提供有利的保障基礎。

參考文獻：

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