深部開采沖擊地壓發生條件及預測和防治研究

孟祥宇，于春雨兗煤菏澤能化有限公司，山東菏澤 274405

深部開采沖擊地壓發生條件及預測和防治研究

孟祥宇，于春雨
兗煤菏澤能化有限公司，山東菏澤 274405

深部礦井開采的過程中時常會產生沖擊地壓，其是深部開采中常見的自然災害之一，危害較大。近幾年來，隨著開采深度的增加，沖擊地壓發生的強度和頻率不斷增加。本文從深部開采沖擊地壓的發生條件和影響因素談起，重點論述煤礦沖擊地壓的預測方法和煤礦沖擊地壓的防治策略，研究深部開采礦井沖擊地壓的發生條件及預測防治措施，對煤礦的安全生產具有重要的理論指導。

深部開采；沖擊地壓；發生條件；預測；防治

沖擊地壓是指在煤礦企業開采過程中由于煤巖體的突然破裂，產生的沖擊力使大小巖石碎片飛出的現象。沖擊地壓不僅會影響煤礦的安全生產，嚴重時還會影響煤礦的機械設備甚至造成人身傷害等問題，這就影響了煤礦企業的經濟效益和社會效益。

1 深部開采沖擊地壓的發生條件和影響因素

1.1沖擊地壓的形成

作為一種特殊礦山壓力的沖擊地壓是礦井的一個復雜動力現象，其具備非常復雜的形成條件。煤礦沖擊地壓具備一定的微觀特點和宏觀特征。出現沖擊地壓是煤巖的應力超出了極限，進而破壞煤巖，圍巖與煤層受到集中應力的影響之下，吸收能力積聚應變能，且在采掘的時候因為“誘發”原因而破壞煤巖，這樣一來，應變能在一剎那釋放，最終使沖擊地壓災害出現。形成煤礦沖擊地壓的條件有以下方面。

1.1.1圍巖以及煤層的沖擊傾向性

倘若煤巖受力，那么容易形成一些破壞，其主導的種類是亮煤以及鏡煤。如果煤層的抗壓性強、濕度小、脆性大，那么比較容易出現沖擊地壓。事實表明，中硬煤和硬煤（在200kg/cm2以上的抗壓強度）有沖擊地壓的危險。

1.1.2回采工作面周圍集中非常大的能量

在回采工作面前15m～50m的位置比較容易出現沖擊地壓，其是回采工作面超前支承壓力的區域，煤層聚集非常大的彈性應變能，倘若在其超出了煤層極限的情況之下，那么會出現沖擊地壓。在疊加傾向支承壓力以及走向支承壓力的情況之下，出現的沖擊地壓會非常得頻繁以及猛烈。而對于采掘工作面而言，導致沖擊地壓的能量源是：在集中構造應力的區域的采掘面有著非常大的原巖構造應力；在采場或者是柱前支承壓力高峰的區域的采掘面會瞬間釋放彈性變形能，這都會使沖擊地壓形成。

1.1.3采場具備能量釋放的空間

非常大的彈性變形能存在于采場前的煤體當中，其周圍也面臨相應的工作面或者是巷道空間，在煤體超出極限強度的時候就會使沖擊地壓形成。如果缺少能量釋放的空間，彈性能會在變化的受力條件與移動的采場的影響下，逐步地向常壓恢復。針對像是短壁采煤，由于切割量大和掘巷多，因此沖擊地壓越容易出現。

1.2沖擊地壓的影響因素

在深井的采掘中會形成沖擊地壓，為此，深井出現沖擊地壓跟采掘的深度緊密相關，持續增加的深度有利于聚集彈性能量，這會導致持續地增加煤巖應力。另外，沖擊地壓的形成還得益于頂板和煤層的力學特性，在分析沖擊地壓的過程中能夠明確的是，深度采掘的過程中在強彈性與硬煤質的煤層當中容易出現沖擊地壓，而沖擊地壓很少出現在塑性變形大和軟煤質的煤層當中。頂板的脆性大和致密堅硬，沖擊地壓容易出現在不容易冒落的巖層中。出現沖擊地壓還跟煤層采掘面的支承壓力有聯系，在采掘煤層之后，支承壓力在圍巖以及工作面煤體中的應力集中形成，從而使支承壓力形成。并且，在兩順槽超前的范圍之內對比較高的支承壓力進行承受，在周圍采空區煤體當中承受側向支承壓力，特別是采空的兩邊煤巖體當中，疊加的各種壓力提高了煤體的應力集中，這比較容易使沖擊地壓形成。

2 煤礦沖擊地壓的預測方法

2.1圍巖變形監測的方法

采掘導致了圍巖的移動和變形，底板和頂板移近是采面上的體現，圍巖變形是巷道的體現。巷道變形顯著，意味著煤體不硬，這樣一來，沖擊破壞不容易出現。倘若巷道變形小，意味著煤體較硬，那么脆性破壞比較容易出現，這會導致沖擊破壞的形成。巷道移近量觀測屬于觀測礦壓的關鍵事項，也屬于全面防治沖擊地壓的一項基礎。其目的是為了對工作面煤巖的變形規律進行有效地測定，以及對支承壓力明顯影響到的區域和峰值區域進行圈定，從而防治沖擊地壓的出現。

2.2微地震監測的方法

微地震監測技術是借助生產活動過程中形成的微小地震事件對地下現狀、生產效果進行監測的一種地球物理技術，而地震學與聲發射學是其基礎。在地下巖石因為自然原因與人為原因導致移動、破裂的情況下，形成的一種較弱的聲波與地震會傳播到附近，設置在異樣方位的空間上的微震傳感器能夠對微震波的傳播方向與到達時間等信息進行記錄，然后采動區底板與頂板當中設置多組檢波器，且及時地對微震數據進行記錄，在進行數據處理之后，借助一系列的計算方法與震動定位原理，能夠對出現破裂的地方進行確定，也就是震源的空間區域，且呈現在三維空間上。

3 煤礦沖擊地壓的防治策略

3.1誘發爆破的方法

誘發爆破法重點是借助預測的方式，預測出現沖擊地壓的時間與區域，且實施人為爆破的手段來人為地釋放沖擊地壓，如此一來能夠使沖擊地壓爆發過程中導致的損害降低，從而使其自我爆破的隨機性大大的降低。

3.2煤炭采掘方向的科學確定

盡可能地減少同時采掘多個采煤面，倘若采掘工作非常緊迫，那么需要確保150m以上的走向間距，這是避免滯后支承壓力和超前支承壓力疊加許可的極限距離。相同的時期在相同的煤層的兩個面一起進行采掘，不允許相向采掘。并且，沿相同的方向推進的間距要在150m以上，相背采掘的情況下，務必在一個工作面采出150m之后，另外的一個工作面才能夠進行采掘，避免疊加應力，從而減小沖擊的強度。

3.3支護裝置的科學選用

在深度采掘的過程中，巖體的壓力基于深度的影響下而增加。因此，采掘煤礦過程中應用的鋼支護和木支護業已難以跟煤礦的深部采掘要求的巖體支護相適應。為此，應當應用U形能夠伸縮的支架鋼，如此一來能夠實現理想的支護效果，并且還應當加密支護的棚距，以使支護設備的構造尤為完善。

4 結論

綜上所述，對于煤礦企業采掘工程技術人員來說，不僅要加強對沖擊地壓發生機理的研究，還要搞清楚煤巖體發生沖擊地壓的內在機制，這樣才能做到準確預測預報和防治。總之，采用先進的沖擊地壓的預測方法和防治措施是綜合防治體系，也是深部開采沖擊地壓的防范和解危的有效途徑。

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TD82

A

1674-6708（2016）170-0182-02

孟祥宇，助理工程師，兗煤菏澤能化有限公司，研究方向為煤礦沖擊地壓、通風安全、監測監控。于春雨，兗煤菏澤能化有限公司。