沖擊礦壓的災害分析與防治技術

鄒桂興

摘 要：安全生產是煤炭企業生存的第一要務，沖擊礦壓是威脅煤炭企業安全生產的主要因素，因此，加強對沖擊礦壓的成因、災害、防治的研究是非常重要的。本文首先介紹了沖擊礦壓的成因，分析了沖擊礦壓的災害因素，并結合自身經驗，講解了如何在不同生產階段來預測、防范沖擊礦壓，確定礦壓形成的時間、位置、大小，從而達到防治礦壓的效果。

關鍵詞：沖擊礦壓；災害；防治

中圖分類號：TD324 文獻標志碼：A

0 引言

安全第一是煤炭企業的生產宗旨，如何能夠避免發生煤炭生產災害事故，其中對于沖擊礦壓的認識和研究是極其重要的。沖擊礦壓是一種煤炭生產中比較常見的物理現象，當在礦井的高應力區域發生礦壓時，可能就會產生一些嚴重事故，對生產人員的生命財產造成風險，這種危險一般發生在煤礦局部位置達到強度極限時，擠壓的能量將突然爆發出來，造成突發事故，破壞力非常大。隨著我國煤炭開采規模和開挖深度的不斷擴大，這種災害會越來越凸顯，因此，研究討論沖擊礦壓的災害分析與防治技術是十分有必要的。

1 沖擊礦壓的成因

沖擊礦壓是指在煤層中由于裂紋變大和局部變形導致的失穩現象，與具有裂隙的各向異性巖石介質的力學性質和圍巖在外加荷載作用下應力應變場的演化與失穩密切相關。各國專家對于沖擊礦壓的發生機理都進行了深入的研究，通過對沖擊礦壓現場調查及實驗室研究的基礎上，從不同角度提出了一系列關于沖擊礦壓形成的理論，如：強度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準則理論和變形系統失穩理論等。強度理論認為：產生沖擊礦壓時支護—圍巖力學系統將達到力學極限狀態；剛度理論認為：礦山結構的剛度大于圍巖—支護剛度是產生沖擊礦壓的必要條件；能量理論則認為：當支護—圍巖力學系統在其力學平衡狀態被破壞時的能量大于所消耗的能量時，即發生沖擊礦壓。

2 災害分析

煤礦出現的沖擊礦壓情況已經對煤礦企業的生產安全構成重大威脅，經常會造成設備損壞、人員傷亡、底層起鼓等嚴重事故，尤其是與采空區比較近的區域，會發生巖巷的嚴重變形或破壞，有時在完成修補后會反復出現險情，巷道無法使用，不能正常生產，對煤礦企業造成巨大經濟損失。經分析，產生災害的原因主要有以下幾種情況：

（1）在煤礦生產過程中，如果遇到斷層，就會產生應力的集中，而應力集中就會導致沖擊礦壓的發生。

（2）懸頂地質構造可能會產生沖擊礦壓。當巷道上頂出現大面積的、堅硬的、厚度大的巖石，就會對周邊的煤層產生非常大的壓力，這種情況有可能產生沖擊礦壓。

（3）當地質構造是水平應力為主時，可能為沖擊礦壓提供更有利的條件，尤其是在轉彎的部位發生沖擊礦壓的風險更大。

（4）由于煤柱是應力比較高的區域，受到回采區域的壓力以及采空區域的雙重壓力效果，煤柱位置一般是應力最高的位置，再加上生產活動的長期震動，產生沖擊礦壓的概率非常高，應當給予重點關注。

（5）隨著煤礦開挖深度不斷增大，工作面范圍不斷增大，也為沖擊礦壓增加了發生的概率。

（6）按照一般經驗，當開挖深度到達200m和400m的深度時，沖擊礦壓的發生概率會比較大。

3 沖擊礦壓的防治技術

沖擊礦壓的防治工作是煤礦企業安全生產的首要任務。開展沖擊礦壓的防治首先要對存在的潛在危害進行評估，分析沖擊礦壓的形成原因，計算危險等級，形成分析報告，確定礦壓形成的時間、位置、大小，必要時需要進行巖石的性能試驗，最終為安全生產提供可靠的分析報告，達到防治的效果。

確定礦壓風險的位置對煤炭企業選擇開挖位置、制定生產計劃、選擇技術方案等工作十分重要，能夠避免發生沖擊礦壓。如果確實需要在有沖擊礦壓風險的位置進行開采，可以根據評估報告，制定專項生產方案，采取一定的技術手段將沖擊礦壓的風險降到最低，避免發生安全事故。所以煤礦評估礦壓風險可以分為勘探階段、建設階段、生產階段，在不同的時段，評估的內容和作用是不同的，是有針對性的。在煤礦的勘察階段，一定要詳細了解地質構造，了解煤炭的深度、構造，確定巖石的性能、強度等重要力學參數，做好基本資料的調查工作；在煤礦的設計和建造階段，要更加詳細地了解煤層的基本性能，并對這些參數進行分析計算，確定沖擊礦壓的位置，設計一個較為安全是生產方式，并制定一系列技術方案為后續生產過程做好基礎；在煤礦的生產階段，應當依據國家的煤炭企業安全生產管理規定進行嚴格執行，嚴格按照設計要求進行開采，避免出現重大安全事故。同時，要制定相關內部管理程序，定期進行風險評估，落實安全生產責任制，加強安全管理。

一般情況，常規評估沖擊礦壓主要是對煤炭生產環境條件進行分析評估，按照生產制度的要求，定期監測煤層的應力狀態，分析煤層的能量分布情況，確定沖擊礦壓的產生形式和大小，為防止危害提供參考。按照煤炭企業發生事故的經驗，沖擊礦壓一般會出現在應力最大的位置，這個位置一般出現在深度比較大、有一定構造應力、生產區域應力比較大、煤柱位置、煤層的斷層等位置，而且距離煤層邊緣越近，產生事故的風險越大。當沖擊礦壓將要發生時，受壓的煤層和巖石將受到非常高的壓力，存在著巨大的能量。如果經常出現比較小的變形，則沖擊礦壓的能量也會比較小。如果突然出現重大形變，則一定是能量非常大的沖擊礦壓。煤礦企業應當時刻進行監測煤層的情況，了解煤層的應力變形的情況，做好風險評估工作。

煤炭生產過程中需要進行評估分析和試驗分析工作，這些都要遵守行業規范和國家標準。沖擊礦壓的探測辦法有很多，主要是兩種。一種是以鉆屑法為主的局部探測法，包括煤巖體變形觀測法（頂板動態、圍巖變形）、煤巖體應力測量法（相對應力測量、絕對應力測量）、流動地音檢測法、巖餅法等，這些方法側重于探測生產區域的關鍵部位，操作都比較方便，數據比較準確，所以，煤礦企業一般都會采用這些方法。但這些方法也存在缺點，就是比較浪費人力物力，不能夠連續探測，難以進行同時間段分析比較；第二類是系統監測法，包括地音系統監測法和微震系統監測法以及其他地球物理方法（地溫、地電、地磁等）。這種方法主要是分析沖擊礦壓的形成過程，根據探測到的一些現象，能夠提出預測風險。生產時可以在不同的關鍵位置設置監測點，形成一個監測網，定時收集監測數據，按照一定的程序進行計算分析，最終達到控制風險的目的。這類方法可以實現在空間上和時間上的連續監測，但維護管理較困難，分析數據和判定煤巖體的力學狀態難度較大，需要經過長期實驗，積累大量經驗數據，方可準確預測。

結語

沖擊礦壓是危害煤礦企業安全生產的主要因素，各個煤炭企業都應當認真掌握沖擊礦壓的防范技術，學習了解沖擊礦壓的形成機理，能夠分析沖擊礦壓的災害因素，而且安全生產是常抓不懈的重要工作，為了避免沖擊礦壓的風險，同樣需要抓鐵有痕，建立防范體系和完善的管理制度，將沖擊礦壓的風險降到最低，確保企業能夠安全生產，保證員工的生命財產安全。

參考文獻

[1]姜福興，王平，馮增強，等.復合型厚煤層“震-沖”型動力災害機理、預測與控制[J].煤炭學報，2009，34（12）：1605-1609.

[2]夏永學，藍航，毛德兵.動靜載作用下沖擊地壓啟動條件及防治技術[J].煤礦開采，2013，18（5）：83-86.

[3]陳國祥，孫強.基于褶皺區應力場分布規律的沖擊礦壓防治[J].礦業安全與環保，2011，38（2）：43-45.

[4]徐學鋒，竇林名，劉軍，等.煤礦巷道底板沖擊礦壓發生的原因及控制研究[J].巖土力學，2010，31（6）：1977-1981.