煤礦沖擊地壓發生機理與防治技術的研究

劉慶來　滿操

摘 要：沖擊地壓是當前煤礦開采中主要的災害因素之一，對于其形成機理及防治措施的掌握，將有效的保證煤礦開采中的施工及人員安全，提升煤礦產業的生產效率。同時，隨著煤礦開采行業的不斷發展，其開采所需的技術要求也逐步提高，沖擊地壓作為煤礦領域的難題，必須予以有效的解決，并在煤礦開采的過程中不斷進行技術應用，隨時掌握礦井煤層的變化，加強對安全風險的防控能力，以保證煤礦開采企業免受沖擊地壓災害的影響，提升我國煤礦開采的技術水平。

關鍵詞：煤礦沖擊地壓;發生機理;防治技術

1 國內煤礦沖擊地壓基本特點

在我國，煤礦沖擊地壓出現于回采工作面的情況較少，出現于回采巷道、掘進巷道的情況較多，其原因是綜放開采法推廣和應用以后，綜采的支架可以對沖擊低壓產生的動載進行抵抗，巖巷的煤礦沖擊地壓一般表現出巖爆的形式，比如徐州龐莊煤礦。近些年，含瓦斯煤層也頻繁出現煤礦沖擊地壓，例如，我國有多個礦井由于異常的瓦斯涌出而產生煤礦沖擊地壓，這些礦井包括阜新孫家灣、兗州北宿等，同時，我國鶴崗南山、平頂山十礦等礦井出現煤礦沖擊地壓后誘發出大量的瓦斯和煤，這些都是我國沖擊地壓的特征。

2 煤礦沖擊地壓的發生機理

通常，煤礦沖擊地壓的發生都是有一些條件的，是煤層以及應力等共同影響的結果。沖擊地壓出現的主要條件是煤巖體，具備較強的沖擊傾向性。煤巖體積累的彈性應變能可以釋放的足夠空間是發生沖擊地壓的前提條件，而出現沖擊地壓的誘發條件是煤巖體積累能量的應力加載。必須要兼具以上這些條件，才有可能出現沖擊地壓。結合煤巖沖擊失去穩定性的物理特點，可以將沖擊地壓劃分為三大類，一是巖爆型沖擊地壓，二是頂板垮落型沖擊地壓，三是構造型沖擊地壓。首先，巖爆型沖擊地壓主要是指煤巖體一直積累彈性應變能，在能量上升到煤巖的最大承載力時，煤巖就會出現瞬間爆炸的情況，其具體表現是彈射以及拋出媒體。然后，頂板垮落性沖擊地壓，主要是指推過回采工作面后，上部較厚而硬度較高的頂板始終沒有垮落，在懸頂面積達到規定的數值時，頂板瞬間出現折斷而造成的沖擊波強烈性損壞。最后，構造型沖擊地壓通常出現在構造條件相當復雜的地質環境中，因為構造應力過于集中導致的煤巖失去穩定性沖擊損壞。從外，結合不同的出現位置，能夠將沖擊地壓劃分為兩大類，一是掘進沖擊地壓，二是回采沖擊地壓。首先，掘進沖進地壓通常出現在巷道掘進中，與巷道的布局位置以及布局方法存在聯系。其次，回采沖擊地壓出現在回采工作面的推進中，一般和回采工作面的回采時間以及長度存在聯系。

3 煤礦沖擊地壓的監測技術

3.1 圍巖變形監測技術

由于煤礦開采的縱深推進，會逐步導致其巷道產生大量移動和變形，最突出的表現是煤層頂板出現下移，致使礦井內通風、運輸及行人造成顯著的影響。通過實踐表明，當礦井巷道形變增加大，說明煤層巖質較為松軟，煤體的剛度也相對較小，此情況下不易發生沖擊地壓災害。而當巷道形變量變小時，則表明煤體剛性強，發生脆性破壞的概率也隨之增加。此時的煤層內部所蘊含的能量相對比前者更為巨大，由此可判斷其發生巖爆的可能性大大增加，因此礦井巷道形變量是有效預測沖擊地壓的重要方法。

3.2 鉆屑技術

鉆屑技術是在預測煤礦沖擊地壓形成的有效方法，它主要是通過在煤體中進行鉆孔，在不同的位置提取煤粉量，以掌握煤體的變化規律并進行監測。一般情況下，當不同深度的煤粉量超過其極限值時，將極可以發生沖擊地壓，而如果鉆孔深度是煤層開采深度的倍時，則發生沖擊地壓的可以性大大減小。鉆屑法由于受到很多限制，且對于操作技術要求較高，其實施相對困難，但不失為一種有效的沖壓地壓監測方式。

3.3 電磁輻射探測技術

電磁輻射探測是基于現代科技的一種監測方法，它依賴于對煤巖體特變化所產生的輻射特征進行判斷，進而對瓦斯風險、沖擊地壓等礦井災害進行監測[2]。電磁輻射探測技術會在煤礦的開采中對煤體的變化進行密切的監視，對煤體及瓦斯的電磁信號進行充分的分析，當電磁信號變強時，將增加發生巖爆及沖擊地壓的可能性。

4 煤礦沖擊地壓防治技術措施探索

4.1 開采解放層

依據煤層的分析及貯存特點，煤群之間會存在相對聯系性，當一個煤層開采完畢后，能夠使相鄰煤層獲得一定時間段的卸載，也就是彈性能量的釋放，也被煤礦開采行業稱為開采解放層。對于解放層的開采應當選擇無沖擊傾向，或者沖擊地壓傾向較弱的煤層進行，并在開采的過程中加強對開采時間及空間的把握，避免在開采的過程中留設煤柱，在開采解放層的過程中既可上行開采也可以下行開采。實施開采解放層后，被解放煤層的開采時間一般為2年。同時，對解放層的開采需要進行大量的驗證，在條件允許和必要時進行三維模擬，以確保開采的可靠性。

4.2 卸壓爆破

卸壓爆破針對的主要對象是已經形成沖擊危險的煤體，以通過爆破的方法使應力集中的效應減緩。在廣泛的實踐中表明，卸壓爆破被普遍的應用于煤礦沖擊地壓的治理中，其有效性也得到了廣泛認可，它具有快速反應的特點，是現場解除危機的有效手段。

4.3 煤層注水

煤層注水是一種超前的煤礦沖擊地壓防治方法，通過對煤體進行預注水以改變煤體的物理力學性質，以有效的降低發生沖擊地壓的風險，也是一種較為有效的防治措施。對煤層的注水可以利用液壓鉆機施工法進行，孔徑為75-80mm，并依照不同煤層的特點及條件選擇15m的濕潤半徑，孔間距13m為宜，孔深25-40m，封孔長度一般為10-12m，注水壓力值6-12mpa。對于超前注水防治措施的應用，必須要掌握煤層工作面開采的特點，對吸水性好的煤層要提前1個月，對吸水性差的煤層要提前2-3個月，并且在注水的過程中要不斷提高水壓，進行中、高壓注水，以保證對煤層起到軟化效果。其標準為當煤層的含水量達到3%時，則煤層的沖擊傾向基本得到消除。

4.4 鉆孔卸壓技術

鉆孔卸壓技術主要適用于高地應力的賦存環境條件下。通過對煤層進行鉆孔，來起到對鉆孔周圍煤層儲存的彈性勢能進行釋放，達到消除沖擊危險目的。通過這樣的鉆孔技術，可以有效地避免應力集中的現象發生，起到地應力的重新分布，同時也可以使得高地應力向其他區域轉移和釋放。

4.5? 增強巷道的支護

巷道在采煤過程中起到至關重要的作用，增強頂底板的加固方式是多元化的，主要有拱形支架支護以及頂幫網索支護等等，這樣除了可以確保支護強度達標，還可以方便采煤工作的正常進行。在巷道加固工作開展前，必須要了解煤礦地質條件，重視預測以及監測，尤其是受到沖擊地壓干擾的地區，對各種巷道或者巷道的每個時間段，都必須要采取有效的強支護方法，這樣在很大程度上能夠降低沖擊地壓的出現次數以及強度。

結束語

近年來，隨著我國煤炭資源逐漸向更深的地下開采，造成我國的煤礦沖擊地壓的事故暢游發生。根據相關部門的統計表明，目前我國的煤礦沖擊地壓事件正在逐漸的表現出了突發性、多樣性、破壞性、廣泛性、嚴重性等新的特點，并且發生概率也在呈現一個明顯的上升趨勢。在這一背景下，針對煤礦沖擊地壓的防治技術進行研究具有十分重要的現實意義。

參考文獻

[1]楊光宇，姜福興，李琳，李乃錄，劉朋.煤礦沖擊地壓危險性的工程判據研究[J].采礦與安全工程學報，2018，35（06）：1200-1207+1216.

[2]高偉林.煤礦沖擊地壓發生機理及安全防治措施[J].內蒙古煤炭經濟，2018（20）：110+117.

[3]楊亞帆.煤礦沖擊地壓發生機理及防治措施[J].內蒙古煤炭經濟，2018（19）：21-22.

[4]謝濤.煤礦沖擊地壓的特點與防治策略[J].內蒙古煤炭經濟，2018（16）：103-104.