深部開采沖擊地壓發(fā)生條件及預(yù)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(fā)生條件及預(yù)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(chǎn)生沖擊地壓，其是深部開采中常見的自然災(zāi)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(fā)生的強(qiáng)度和頻率不斷增加。本文從深部開采沖擊地壓的發(fā)生條件和影響因素談起，重點(diǎn)論述煤礦沖擊地壓的預(yù)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(fā)生條件及預(yù)測防治措施，對煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的理論指導(dǎo)。

深部開采；沖擊地壓；發(fā)生條件；預(yù)測；防治

沖擊地壓是指在煤礦企業(yè)開采過程中由于煤巖體的突然破裂，產(chǎn)生的沖擊力使大小巖石碎片飛出的現(xiàn)象。沖擊地壓不僅會影響煤礦的安全生產(chǎn)，嚴(yán)重時還會影響煤礦的機(jī)械設(shè)備甚至造成人身傷害等問題，這就影響了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 深部開采沖擊地壓的發(fā)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(fù)雜動力現(xiàn)象，其具備非常復(fù)雜的形成條件。煤礦沖擊地壓具備一定的微觀特點(diǎn)和宏觀特征。出現(xiàn)沖擊地壓是煤巖的應(yīng)力超出了極限，進(jìn)而破壞煤巖，圍巖與煤層受到集中應(yīng)力的影響之下，吸收能力積聚應(yīng)變能，且在采掘的時候因?yàn)椤罢T發(fā)”原因而破壞煤巖，這樣一來，應(yīng)變能在一剎那釋放，最終使沖擊地壓災(zāi)害出現(xiàn)。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(dǎo)的種類是亮煤以及鏡煤。如果煤層的抗壓性強(qiáng)、濕度小、脆性大，那么比較容易出現(xiàn)沖擊地壓。事實(shí)表明，中硬煤和硬煤（在200kg/cm2以上的抗壓強(qiáng)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(xiàn)沖擊地壓，其是回采工作面超前支承壓力的區(qū)域，煤層聚集非常大的彈性應(yīng)變能，倘若在其超出了煤層極限的情況之下，那么會出現(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)致沖擊地壓的能量源是：在集中構(gòu)造應(yīng)力的區(qū)域的采掘面有著非常大的原巖構(gòu)造應(yīng)力；在采場或者是柱前支承壓力高峰的區(qū)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(dāng)中，其周圍也面臨相應(yīng)的工作面或者是巷道空間，在煤體超出極限強(qiáng)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(fù)。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(xiàn)。

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(xiàn)沖擊地壓跟采掘的深度緊密相關(guān)，持續(xù)增加的深度有利于聚集彈性能量，這會導(dǎo)致持續(xù)地增加煤巖應(yīng)力。另外，沖擊地壓的形成還得益于頂板和煤層的力學(xué)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(qiáng)彈性與硬煤質(zhì)的煤層當(dāng)中容易出現(xiàn)沖擊地壓，而沖擊地壓很少出現(xiàn)在塑性變形大和軟煤質(zhì)的煤層當(dāng)中。頂板的脆性大和致密堅硬，沖擊地壓容易出現(xiàn)在不容易冒落的巖層中。出現(xiàn)沖擊地壓還跟煤層采掘面的支承壓力有聯(lián)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(yīng)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(nèi)對比較高的支承壓力進(jìn)行承受，在周圍采空區(qū)煤體當(dāng)中承受側(cè)向支承壓力，特別是采空的兩邊煤巖體當(dāng)中，疊加的各種壓力提高了煤體的應(yīng)力集中，這比較容易使沖擊地壓形成。

2 煤礦沖擊地壓的預(yù)測方法

2.1圍巖變形監(jiān)測的方法

采掘?qū)е铝藝鷰r的移動和變形，底板和頂板移近是采面上的體現(xiàn)，圍巖變形是巷道的體現(xiàn)。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(xiàn)。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(xiàn)，這會導(dǎo)致沖擊破壞的形成。巷道移近量觀測屬于觀測礦壓的關(guān)鍵事項(xiàng)，也屬于全面防治沖擊地壓的一項(xiàng)基礎(chǔ)。其目的是為了對工作面煤巖的變形規(guī)律進(jìn)行有效地測定，以及對支承壓力明顯影響到的區(qū)域和峰值區(qū)域進(jìn)行圈定，從而防治沖擊地壓的出現(xiàn)。

2.2微地震監(jiān)測的方法

微地震監(jiān)測技術(shù)是借助生產(chǎn)活動過程中形成的微小地震事件對地下現(xiàn)狀、生產(chǎn)效果進(jìn)行監(jiān)測的一種地球物理技術(shù)，而地震學(xué)與聲發(fā)射學(xué)是其基礎(chǔ)。在地下巖石因?yàn)樽匀辉蚺c人為原因?qū)е乱苿印⑵屏训那闆r下，形成的一種較弱的聲波與地震會傳播到附近，設(shè)置在異樣方位的空間上的微震傳感器能夠?qū)ξ⒄鸩ǖ膫鞑シ较蚺c到達(dá)時間等信息進(jìn)行記錄，然后采動區(qū)底板與頂板當(dāng)中設(shè)置多組檢波器，且及時地對微震數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，借助一系列的計算方法與震動定位原理，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)破裂的地方進(jìn)行確定，也就是震源的空間區(qū)域，且呈現(xiàn)在三維空間上。

3 煤礦沖擊地壓的防治策略

3.1誘發(fā)爆破的方法

誘發(fā)爆破法重點(diǎn)是借助預(yù)測的方式，預(yù)測出現(xiàn)沖擊地壓的時間與區(qū)域，且實(shí)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(fā)過程中導(dǎo)致的損害降低，從而使其自我爆破的隨機(jī)性大大的降低。

3.2煤炭采掘方向的科學(xué)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(jìn)行采掘，不允許相向采掘。并且，沿相同的方向推進(jìn)的間距要在150m以上，相背采掘的情況下，務(wù)必在一個工作面采出150m之后，另外的一個工作面才能夠進(jìn)行采掘，避免疊加應(yīng)力，從而減小沖擊的強(qiáng)度。

3.3支護(hù)裝置的科學(xué)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(yīng)用的鋼支護(hù)和木支護(hù)業(yè)已難以跟煤礦的深部采掘要求的巖體支護(hù)相適應(yīng)。為此，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用U形能夠伸縮的支架鋼，如此一來能夠?qū)崿F(xiàn)理想的支護(hù)效果，并且還應(yīng)當(dāng)加密支護(hù)的棚距，以使支護(hù)設(shè)備的構(gòu)造尤為完善。

4 結(jié)論

綜上所述，對于煤礦企業(yè)采掘工程技術(shù)人員來說，不僅要加強(qiáng)對沖擊地壓發(fā)生機(jī)理的研究，還要搞清楚煤巖體發(fā)生沖擊地壓的內(nèi)在機(jī)制，這樣才能做到準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)報和防治。總之，采用先進(jìn)的沖擊地壓的預(yù)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。

［1］竇林名.沖擊礦壓及其防治［J］.礦山壓力與頂板管理，1999，20（2）：56-59.

［2］苗廣東.淺談深部開采沖擊地壓的預(yù)測與防治［J］.山東煤炭科技，2016，43（2）：86-91.

［3］潘立友.深井沖擊地壓及防治［M］.北京：工業(yè)出版社，1997.

［4］趙從國，竇林名.波蘭沖擊礦壓防治方法研究［J］.江蘇煤炭，2004，19（2）：105-108.

［5］郭延華，李良紅，張增祥，等.內(nèi)錯式下分層回采巷道圍巖變形破壞機(jī)理研究［J］.河北工程大學(xué)學(xué)報，2007，24 （2）：36-38.

［6］竇林名，曹其偉，何學(xué)秋，等.沖擊礦壓危險的電磁輻射監(jiān)測技術(shù)［J］.礦山壓力與頂板管理，2002，19（4）：89-91.

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?yàn)槊旱V沖擊地壓、通風(fēng)安全、監(jiān)測監(jiān)控。于春雨，兗煤菏澤能化有限公司。