深部開采沖擊地壓的特征及鉆孔卸壓技術分析

賀斌

【摘?要】在煤體中合理布置卸壓鉆孔形成弱化帶，破壞煤體的承載結構，引起煤巖體發生相對滑動，使煤體中應力平衡區范圍顯著增大，極限平衡區煤體應力大大降低，破壞了其發生沖擊地壓的應力條件，同時卸壓后的煤體對深部煤體和巷道頂底板中發生的動力顯現起到吸能保護作用，降低了深部煤巖體失穩對巷道表面煤巖體的影響，從而防治沖擊地壓的發生。

【關鍵詞】深部開采;沖擊地壓;鉆孔卸壓技術

前言

隨著采場空間圍巖應力分布日趨復雜，沖擊地壓災害發生日趨嚴重。對于局部性的解危措施主要包括煤層卸載爆破、鉆孔卸壓、斷頂爆破等。由于具有施工簡單、對地質條件適應性強等特點，鉆孔卸壓在沖擊地壓防治中得到了廣泛應用。

1我國煤炭深部開采沖擊地壓特征

1.1深部開采沖擊地壓發生時空特點

我國淺部沖擊地壓主要受堅硬頂板影響，特點單一。深部開采沖擊地壓更為復雜，更為隱蔽，比如從發生地點來說，我國深部開采沖擊地壓在開拓大巷、采區巷道、永久硐室、回采工作面、臨空回采巷道、實體煤回采巷道、掘進工作面、掘進工作面后方巷道都有發生;從發生時間上來看，有觸發即時性沖擊、也有時滯性沖擊、初采期、末采期沖擊;從顯現特點來看，以底板鼓起為主，伴隨兩幫收縮，頂板下沉。

1.2深部開采沖擊地壓防控難點

近年來，我國煤炭深部開采，尤其是近800m采深的特厚煤層礦井，除了常見的動靜疊加型沖擊地壓外，出現了一些新現象，即純靜載荷自發型沖擊。此類沖擊地壓發生區域往往為巷道基礎靜載荷充足區域，深部開采沖擊地壓防控難點主要有以下幾點：

（1）埋深大，由重應力、水平應力構成的基礎靜載荷充足，沖擊地壓發生門檻降低，防控范圍點多面廣，新建礦井開拓期間大巷就能發生沖擊。

（2）與淺部相比，地層結構復雜，遠場高位覆巖結構調整，近場低位頂板垮斷，都可以提供沖擊動載荷源。

（3）煤層埋深大，傳統卸壓方法，應力恢復快，卸壓時效短，需要強卸壓、勤卸壓施工，卸壓過程中沖擊地壓傷亡事故頻發。

（4）受“壓、剪、擠、推”連續作用，87%巷道底板大變形、沖擊劇烈，成為能量釋放通道，底板沖擊顯現難以解決。

總的來說，我國煤炭深部開采沖擊地壓特征表現為發生門檻降低，沖擊顯現位置點多面廣，發生原理隱蔽性、自發性、時滯性占比大，防治范圍擴大，應力恢復快，高強度、長時效卸壓要求突出。

1.3我國深部開采沖擊地壓主要類型

（1）深部動靜載疊加型沖擊地壓

深部動靜載疊加型沖擊地壓主要發生條件是，由于埋深較大，一般超過650m，自重應力及水平構造應力較充足，但是即使在各種局部靜載荷疊加下仍達不到沖擊啟動的臨界載荷，在外界小的動載荷擾動下就能導致沖擊地壓顯現。

（2）深部高靜載加載型沖擊地壓

深部高靜載加載型沖擊地壓，加載過程是材料失穩，導致工程結構體結構動力失穩的結果。其主要特點是，在無外界動載荷參與條件下，采掘巷道圍巖極限平衡區內靜載荷緩慢積聚，而巷道圍巖強度不可避免的劣化，長期強度降低，緩慢積聚的集中靜載荷達到極限時，爆發動力沖擊。

（3）深部高靜載卸荷型沖擊地壓

深部高靜載卸荷型沖擊地壓，卸荷過程是結構穩定性遭到破壞，導致工程結構體材料動力失穩的結果。其特點主要是，采場或者巷道本身就處于高應力區域，并且已經達到極限穩定狀態，只是處于三維應力狀態約束環境，而一旦采動或開挖，造成空洞，能量釋放的最小抵抗帶不足，造成結構性失穩沖擊。

2我國深部開采沖擊地壓新現象與案例

近年來，深部開采，尤其是近800m采深的礦井，除了常見的動靜疊加型沖擊地壓外，出現了一些新現象：

（1）深部掘進巷道工作面無前兆性拋出性沖擊，例如：2014年高家堡礦一盤區輔運大巷掘進工作面“11·13”沖擊;2014年孟村礦主運大巷掘進工作面“6·5”沖擊。

（2）深部孤島綜放工作面初采期間，工作面、兩巷整體性沖擊，例如：2015年趙樓礦1305孤島綜放工作面推進0.75m，工作面連同兩巷超前支護段“7·29”整體沖擊事故。

（3）深部掘進巷道滯后工作面20～600m發生無動載源沖擊，例如：2011-11-03，千秋煤礦21221運輸巷滯后掘進工作面50～450m發生沖擊地壓;2013-08-05，星村煤礦3302工作面上巷掘進工作面后方的已成型巷道內發生了嚴重的沖擊事故，損壞巷道達150m;2018-10-20，龍鄆煤業1303工作面泄水巷與3號聯絡巷貫通掘進發生沖擊地壓，造成掘進工作面后方348m巷道不同程度破壞。

（4）深部盤（采）區在用大巷發生無動載源沖擊，例如：2017年高家堡煤礦一盤區3條在用大巷春節停產期間“2·3”沖擊;2016年梁寶寺煤礦采區集中軌道巷和軌道巷交叉口處“8·15”沖擊，周圍沒有采掘活動。

（5）深部回采工作面超前300m以遠也發生無動載源沖擊，例如：2009—2013年千秋煤礦21141綜放工作面運輸巷超前工作面600～900m段多次沖擊。

3鉆孔卸壓防沖機理分析

3.1巷道煤體沖擊地壓發生機制

高應力水平是煤巖體發生沖擊地壓的必要條件，其在動力擾動作用下極易發生非穩定性失穩，從而誘發沖擊地壓。巷道開挖或者工作面煤體采出后，引起煤巖體應力重新分布，巷幫表面煤體發生破壞，并擴展至彈性應力邊界，形成一定程度的應力集中。

3.2鉆孔卸壓防沖機理

由于孔邊應力集中的作用，鉆孔周圍一定范圍內的煤體應力大大降低形成卸壓區，當在煤體中合理布置卸壓鉆孔，使各鉆孔卸壓區之間相互連接、貫通，形成一條弱化帶，其破壞了煤體的承載結構，使煤體在頂底板巖層夾持作用下發生相對滑動，煤體與巖層的界面內摩擦角及粘聚力隨之大大下降，煤體中應力平衡區范圍顯著增大，由此來盡可能避免沖擊地壓的發生。

結束語

總之，鉆孔卸壓使煤柱淺部煤體應力大大下降，并將應力峰值區域轉移到煤柱深部，破壞煤巖沖擊地壓的應力狀態，從而防止煤巖沖擊地壓的發生。

參考文獻：

[1]齊慶新，歐陽振華，趙善坤，等.我國沖擊地壓礦井類型及防治方法研究[J].煤炭科學技術，2014，42（10）：1-5.

（作者單位：山西省陽泉市陽煤集團五礦）