探討厚礦層沖擊地壓預測分析和支護技術

安黨佳

（陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 咸陽 713602）

我國的礦產中深井開采較多，而深層的礦產中發生沖擊地壓的概率比淺層礦產更高，沖擊地壓不但會損壞采礦的設備，使礦道變形，嚴重的還會對人身安全造成威脅，因此研究對沖擊地壓的預測和支護技術，以減小沖擊地壓帶來的損害，對于保障我國礦產的安全生產有著重要意義。

1 沖擊低壓發生的條件

開采時，壓力的形成原因是多種多樣的，主要是外部因素，在強彈性勢能不斷累計的情況下形成地壓。由于巖體可以利用自身來儲存能量，因而在遭受更大的壓力或者出現突發性事件時，便會釋放出已儲存的能量。

礦層沖擊傾向性：一般情況下，對于礦層而言，在其收到壓力時，均會出現撞擊的情況，但是也會有一部分礦層在未收到撞擊時產生沖擊壓力。總而言之，巖礦的結構以及地質條件的異常、巖礦的壓力等因素，均會對巖礦產生不同程度的影響。

斷層和褶曲：整個開采的過程中，地質結構也會對地面壓力產生重要影響，最常見的包括斷層、褶皺等現象。傾斜曲線一旦發生改變，便會對沖擊地壓產生影響，進而出現壓力，并且沖擊地壓的發生也與斷層具有很大關系，特別是斷裂帶與礦層傾角帶來的重大影響。一般來說，地質對沖擊地壓進行控制的過程中，主要可以劃分成兩種類型，第一種類型是加壓，第二種類型便是減壓。

上覆巖層情況：是影響沖擊地壓發生安全隱患的一種主要因素，在采礦的過程中，因硬頂可以承受一定程度上的壓力，因此不太可能出現瞬間坍塌的局面。但是，一旦在很長一段時間內累計壓力與能量，且在出現大面積增加的情況，那么在硬頂壓力無法承受這些壓力之時，便會形成動態載荷導致強大的沖擊壓力。

2 沖擊地壓預測方法

（1）鉆屑率指標法。鉆屑率指標法又稱為鉆孔檢查法，其工作原理是在受壓的礦層中，通過專門工具鉆小直徑鉆孔，之后按照斷裂量的改變針對性的鉆深度不同的鉆孔，之后再利用專業設備或者工作人員的專業性，對巖礦的壓力分布進行準確判斷，并根據判斷結果合理的尋找沖擊地壓的位置，進而最大可能的降低安全隱患的發生幾率。若在鉆孔期間中單位排粉量超過限制或者出現動力效應，則是應力集中程度高，沖擊危險度也會相應的提高。

（2）微震探測法。微震探測法主要是監測聲音信號，工作人員在地下采掘時，會導致巖礦體出現破裂，進而產生的聲音信號，通過收集這種聲音信號，便能夠對巖體的破壞以及發展趨勢，展開分析與判斷，在此基礎上，對沖擊地壓實現精準預測。與其他類型的監測系統相比，微震檢測系統的優勢在于，其可以實現時間上的連續監測，并且在空間監測上，也不再局限于某一點或某一條線的檢測，而是能夠實現對一定三維空間的檢測[1]。

（3）地音探測法。地音監測法也是一種連續的動態化的系統監測方法，一般情況下，需要在監測地點事先布置好若干個地音探頭，利用地音探頭便能夠實現對多個監測區域的同時監測，之后再利用監測裝置對地音信號進行收集，在經過數據處理與分析之后，再進行圖表的繪制，以及報表的統計，最后對該監測區域的沖擊危險性進行準確評價。

3 沖擊地壓支護技術

（1）理論基礎。通常情況下，構造應力、彈性變形等是導致沖擊地壓的最主要因素，此處所說的構造應力主要是指水平應力，這種應力會使得底板巖層受到一定程度額破壞，但是水流方向能夠在一定程度上降低巖石縫隙中的摩擦力。站在動力學的角度分析，可以將受到沖擊載荷作用的巷道圍巖以及支付對應變為物理模型。

之后通過有限元軟件與動力學展開分析，設計出一種新的巷道液壓支架方法，主要是由頂梁、地梁-連桿，以及三根液壓支柱組成。其中，這三根液壓支柱的最大承載重量為6000KN，屬于最主要的支架承載結構[2]。該結構能夠顯著增強支護系統的剛度，以此來增強支護機構的防護能力，進而提升圍巖的抗沖擊性能，為支護系統的安全性提供重要保障。

（2）支護阻力對沖擊地壓產生的影響。實際上，支護系統除了必須要具備一定剛度，還要具有一定的彈性支撐。站在動力學的角度分析，支護阻力能夠顯著減少圍巖應力所帶來的影響。因而為了盡可能的降低圍巖應力帶來的影響，應采取科學、有效的措施提升支護系統的支護阻力。具體來說，一方面，可以通過注入泡沫金屬材料的方法提升支護系統的阻力。經過實驗可以總結出，注入多孔金屬泡沫材料能夠顯著增強支護阻力，提升支護效果，這一方法在沖擊地壓巷道支護中也具有較好的應用效果。并且，材料中的硅含量越高，材料的強度越高，與此同時其最大的抗壓壓強能夠達到5MPa上下，在載荷試驗中，強度也會不斷提升。另一方面，采用增強吸構提升支護阻力的方式。在屈曲理論的基礎上分析，目前存在一種結構特殊的吸能構建，一般稱之為曲殼折棱管。該結構屬于薄壁的金屬器件，軸向載荷時既存在自身結構發生定向結構屈服變形的情況，同時又存在吸能與讓位增阻的特點，在變形之后也會比較穩定。

（3）防沖吸液壓支架。通過前文分析，可形成以支架為主的支護頂板，其具有以下幾方面特征：①能夠調節承載峰值，在不同支護狀態與條件下，能夠通過設定一樣的承載力，來滿足整體承載需求，而當沖擊載荷大于設定值時，折棱管便會立刻變形，以此來起到增加阻力的效果，盡可能的降低沖擊力對支架結構的影響。②變形讓位行程較長，因其自身具有很大的變形量，能夠緩解支架產生的沖擊載荷，釋放沖擊能力。③反作用力的穩定性。此種支護頂板自身的結構變形中，具有非常穩定的反作用力，能夠顯著增強圍巖的穩定性，進而降低因讓位而出現的直接結構變形這一問題。

4 結論

隨著我國經濟發展速度的不斷提升，礦產的需求量日益增加，這便導致礦產開采力度的不斷增加，開采深度不斷加深，嚴重增加了礦壓動力隱患，嚴重威脅著礦井安全。在本文研究中，主要介紹了沖擊地壓發生的條件，一是礦層沖擊傾向性，二是斷層和褶曲，三是上覆巖層情況，同時分析了沖擊地壓預測方法，包括鉆屑率指標法、地震探測法以及地音探測法，在此基礎上對沖擊地壓支護技術展開了深入研究，首先對沖擊地壓礦井巷道支護的理論進行了分析，之后研究了支護阻力對巷道沖擊地壓帶來的影響，并在最后對防沖吸巷道液壓支架的應用展開了簡單研究，具有一定的實踐應用價值，能夠為沖擊地壓礦井巷道的支護質量提供根本上的保障。