煤礦動壓現象及其控制研究

摘要：隨著經濟的不斷發展以及煤礦開采持續深入，在煤礦平均開采深度不斷增加的情況下，礦山壓力顯現與煤礦動壓現象的發生頻率隨著提高。本文從煤巖的基本性質、開采技術因素以及組織管理因素三個方面入手，對煤礦動壓現象的發生機理展開分析。在此基礎上，針對煤礦動壓現象的控制措施提出具體建議，希望可以為相關控制工作的開展提供參考。

關鍵詞：煤礦動壓現象；發生機理；控制措施

前言：

煤礦開采過程中由于煤與巖體兩者在高應力狀態下容易積聚大量的彈性能，如果在特定的外力作用下會進一步出現突然破壞等問題，尤其是在冒落或者外拋過程中，煤與巖體兩者之間積聚的能量會在短時間內突然釋放，隨著而來可能會產生巨大聲響以及超強的大氣浪波等，煤礦動壓現象便由此產生。由于煤礦動壓現象具有明顯的突發性、瞬時性、破壞性以及復雜性特征，加大了控制工作難度。

一、煤礦動壓現象的發生機理

煤礦開采過程中，煤礦動壓現象的發生會隨之釋放出大量的能量，按照釋放能量沖擊波強度的差異，可以將沖擊礦壓細化為彈射沖擊礦壓，礦震沖擊礦壓，弱沖擊礦壓以及強沖擊礦壓四種類型。如果綜合分析煤礦動壓現象的形成機理，則可以將其分成沖擊礦壓、頂板大面積來壓以及煤與瓦斯突出三類煤礦動壓現象。對比來看，沖擊礦壓與頂板大面積煤礦動壓現象的產生，被認為是礦上壓力這一研究范圍內，對于煤與瓦斯突出類型的煤礦動壓現象，除了受到礦山壓力作用之外，同時還在一定程度上受到承壓瓦斯的動力作用影響。為了進一步深入探究煤礦動壓現象的發生機理，可以從以下幾方面入手：

第一，煤巖的基本性質。從煤巖的基本性質這一角度出發來看，原巖應力作為沖擊礦壓形成的關鍵性因素之一，主要是由重力與構造應力兩個部分共同構成。其中重力主要與巖體的埋深密切相關，而構造應力的數值一般與斷層構造以及孔隙水有著直接的聯系[1]。

第二，開采技術因素層面。煤礦開采過程中，受到開采時局部應力過度集中在某個部位或者出現大面積懸頂問題時，會在很大程度上導致應力集中冒頂，隨之誘發煤礦動壓現象。與此同時，煤礦開采過程中邊界線與停采線是局部應力集中的關鍵地帶，是現階段沖擊礦壓問題出現的主要誘因，因為生產越集中，則隨之產生的沖擊傾向性也會進一步增加[2]。

第三，組織管理因素。在科學技術水平不斷提高的背景下，煤礦生產相關技術的應用越發成熟，其行業逐漸向著集中化、連續化以及系統化的方向發生轉變，在很大程度上為沖擊礦壓問題提供了新的解決思路。但是從實際情況入手分析，受到沖擊礦壓的分析及治理方法研究不夠深入、技術管理措施難以落實、投資管理不到位以及基層生產工人專業能力和綜合素質有待提升等因素的影響，也在一定程度上加大了煤礦動壓現象的發生幾率。在具體的煤礦開采過程中，為了從根本上保證煤礦生產工作的安全性，加深對煤礦動壓現象控制工作的認識，提高安全管理意識，具有重要的現實意義。

二、煤礦動壓現象的控制措施

（一）強化對煤礦動壓現象判斷

針對煤礦動壓現象的控制，應該在充分掌握煤礦動壓現象發生機理的基礎上，強化對煤礦動壓現象的判斷，從而在煤礦動壓現象發生之前作出反應。綜合上文分析，煤礦動壓現象具有突發性、瞬時性等特征，即煤礦動壓現象發生之前往往并沒有相對顯著的征兆預警，加上煤礦動壓現象一般在幾秒到幾十秒內結束，所以對于煤礦動壓現象發生地點以及發生情況的預測難度非常。這種情況下，為了進一步強化對煤礦動壓現象的認知，可以從煤礦動壓現象的發生機理這一角度入手。以沖擊礦壓為例，其發生機理可以總結為強度理論、沖擊傾向性理論和能力理論三個部分。進一步分析發現，沖擊礦壓發生機理中的強度理論，主要是指材料受載之后，如果實際的承載量超過了系統的強度極限，則會隨之出現破壞問題。沖擊傾向性理論則主要是指特定介質本身的沖擊傾向度超出規定范圍，進而誘發的煤礦動壓現象。而能量理論主要是指系統內所存儲的能量超出了系統破壞消耗的能量，由此導致系統被破壞。

通過情況下，對于煤礦動壓現象的控制，結合煤礦動壓現象的發生機理可以從以下兩個方面來實現：第一，結合煤礦開采現場的實際情況，合理改變巖體圍巖本身的性質，在此基礎上實現對煤礦動壓現象的控制。這時過程中，常用的控制技術包括高壓注水以及注漿硬化等方式。第二，綜合考慮煤礦動壓現象的形成機制，通過改變巖體圍巖中的應力這一方式，實現對煤礦動壓現象的有效控制。在具體的煤礦開采工作中，對于改變巖體圍巖中應用的方式一般以開采解放層、鉆孔卸壓、松動爆破卸壓以及開掘卸壓巷道卸壓等方法為主。

（二）針對煤與瓦斯突出發生的控制

結合煤礦開采實際情況，對于煤與瓦斯突出發生的控制，需要綜合考慮圍巖煤體中充滿高濃度瓦斯這一關鍵性因素。通常情況下，煤與瓦斯突出的發生與圍巖煤體中充滿高濃度瓦斯有著直接的關系，同時在特定的上覆巖層重力作用下，煤巖體會隨之逐步集聚相應的彈性能。在沒有外力作用時，煤巖體內積聚的大量彈性能會使得煤巖與瓦斯共同形成一個相對穩定的系統。但是一經外力作用，則會在破壞系統平衡的基礎上，誘發煤巖內積聚的彈性能瞬時釋放，與煤巖中承壓的瓦斯一起沖出煤巖，由此導致煤與瓦斯突出現象的形成。由上分析可知，煤與瓦斯突出現象的形成具有顯著的快速性、復雜性以及沖擊性等一系列特征，因此對于煤與瓦斯突出現象的控制難度相對較大。但是從實際情況來看，一般會借助鉆孔卸壓、推行煤與瓦斯共采等方式進行控制。與傳統的開采方式相比，煤與瓦斯共采的方式具有高產、高效性，并且其安全性優勢相對突出。

（三）針對頂板大面積來壓發生的控制

在煤礦開采過程中，針對頂板大面積來壓發生的控制，需要充分掌握頂板大面積來壓的發生機制，即煤礦開采過程中出現大面積的懸頂情況，并且由于支護不及時等因素的影響，進而在大面積來壓作用下導致頂板發生垮落。對于開采過程中形成的頂板大面積來壓問題，如果沒有采取針對性的應對措施，則會加大“暴風”的出現幾率，不僅會損害性格設備，嚴重時甚至會直接威脅到工作人員的人身安全。綜合分析來看，頂板大面積來壓的出現一般具有顯著的復雜性和瞬時性特征，由于頂板大面積來壓與煤礦開采過程中特厚煤層頂板懸露面積過大有著直接的關系，因此可以通過高壓注水軟化頂板煤層等方式進行應對。此外，結合現場實際情況，也可以選擇通過強制放頂相關措施來進行應對。

總結：

綜上所述，煤礦動壓現象一般是多種因素相互作用之下產生，由于本身具有較強的危害性，所以強化對煤礦動壓現象的控制具有重要的現實意義。在具體的工作中，可以從強化對煤礦動壓現象判斷、針對煤與瓦斯突出發生的控制以及針對頂板大面積來壓發生的控制等方面入手，保證煤礦動壓現象控制措施的落實。只有這樣，才能在保證煤礦安全開采的同時，推動煤礦產業的穩定發展。

參考文獻

[1]趙善坤.煤礦動壓災害多級分源時空監控技術及應用[J].河南理工大學學報（自然科學版），2017，36（01）：24-31.

[2]趙建峰. 建新煤礦高應力動壓巷道圍巖控制技術研究[D].湖南科技大學，2016.

作者簡介：楊剛（1990-1-5）；男，山西身朔州市懷仁市，本科，畢業東北大學，助理工程師；研究方向：礦山壓力。

（作者單位：山西中煤平朔北嶺煤業有限公司）