淺談煤礦煤層沖擊礦壓防治技術(shù)

侯相華

摘要：隨著工業(yè)化進(jìn)程的深入，行業(yè)企業(yè)對(duì)煤礦資源的需求量不斷攀升，煤礦生產(chǎn)任務(wù)日益繁重，而保障煤礦生產(chǎn)安全是生產(chǎn)活動(dòng)的首要前提。近年來煤礦生產(chǎn)安全事故頻發(fā)，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，其中沖擊礦壓是影響煤礦生產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一，有效預(yù)防煤層沖擊礦壓迫在眉睫。鑒于此，筆者結(jié)合自身的工作實(shí)際，圍繞煤礦煤層沖壓防治技術(shù)展開相關(guān)探討，首先詳細(xì)探討煤礦煤層沖擊礦壓的形成機(jī)理，總結(jié)其具體特征，然后提出有效監(jiān)測(cè)煤礦煤層沖擊礦壓的有效手段，最后探討煤礦煤層沖擊礦壓常用的防止技術(shù)手段。

Abstract： With the deepening of the industrialization process， the demand for coal resources in the industry has continued to rise， and coal production tasks have become increasingly onerous， and ensuring coal mine production safety is the primary prerequisite for production activities. In recent years， coal mine production safety accidents have occurred frequently and have aroused widespread concern from all walks of life. Among them， rock pressure is one of the main disasters affecting coal mine production safety. Effective prevention of coal seam impact on mine pressure is imminent. In view of this， the author combines the actual work to carry out relevant discussions around coal seam stamping prevention technology. Firstly， it discusses in detail the formation mechanism of coal seam shock pressure， summarizes its specific characteristics， and then proposes effective means to effectively monitor coal seam shock pressure. Finally， it discusses the common technical methods to prevent coal mine coal seam shocks.

關(guān)鍵詞：煤礦;煤層;開采;沖擊礦壓;防止技術(shù)

Key words： coal mine;coal seam;mining;rock burst;prevention technology

中圖分類號(hào)：TD82 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）24-0111-02

0 ?引言

煤礦資源仍然是當(dāng)代社會(huì)生產(chǎn)的核心功能物質(zhì)，煤炭資源也是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)以及綜合國(guó)力保障的有效體現(xiàn)。為了切實(shí)滿足社會(huì)不斷發(fā)展的需要，煤炭工業(yè)快速發(fā)展，提升煤炭生產(chǎn)效率前提是建立在安全生產(chǎn)基礎(chǔ)上。沖擊礦壓屬于彈性能量，主要在礦井巷道煤層或者周圍巖體內(nèi)集中存在。煤炭資源開采環(huán)節(jié)，采礦周邊巖體的平衡性被直接打破，煤巖被拋到巷道中，導(dǎo)致大批量的能量聚集，煤巖體出現(xiàn)明顯震動(dòng)和損壞，考慮到其作用時(shí)間并不長(zhǎng)，但是釋放出來的能量相當(dāng)大，同時(shí)破壞性顯著，所以對(duì)于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全造成不利影響，詳細(xì)分析探討煤層沖擊礦壓的形成理論以及呈現(xiàn)出來的實(shí)際特征，并在此基礎(chǔ)上提出更具針對(duì)性的預(yù)防和防止技術(shù)手段現(xiàn)實(shí)意義凸顯，同時(shí)也是推動(dòng)煤礦工業(yè)生產(chǎn)安全水平提升的有效保障。

1 ?明確煤礦煤層沖擊礦壓的形成機(jī)理以及具體特征

1.1 形成機(jī)制 ?明確煤礦煤層沖擊礦壓的形成機(jī)理，對(duì)于保障生產(chǎn)安全意義重大。所謂沖擊礦壓指的是集中在礦井的巷道煤層中或者周圍巖體中的能量被集中釋放出來，煤巖被拋到巷道內(nèi)，使煤炭體出現(xiàn)明顯振動(dòng)，造成嚴(yán)重?fù)p壞。沖擊礦壓的形成機(jī)理并不簡(jiǎn)單，直到現(xiàn)在仍然沒有十分統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，長(zhǎng)時(shí)間以來都是國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究的難點(diǎn)問題。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)對(duì)于煤礦煤層沖擊礦壓形成機(jī)理的研究基本可以概括為能量理論、強(qiáng)度理論、沖擊傾向性理論等，這一系列理論對(duì)于煤層以及圍巖的剛度展開相關(guān)說明。

如果煤層以及圍巖的剛度均大于零，那么代表煤巖體處于穩(wěn)定狀態(tài);如果煤層以及圍巖的剛度加起來大于等于零，同時(shí)煤層的剛度又處于零下，那么煤巖體處于臨近破壞的狀態(tài);如果煤層以及圍巖的剛度加起來在零以下，那么整個(gè)煤層以及巖體就處于十分強(qiáng)烈的破壞狀態(tài)，沖擊礦壓災(zāi)害也由此發(fā)生。在采集煤礦的過程中，其實(shí)煤層以及圍巖體共同形成了一個(gè)相對(duì)平衡的系統(tǒng)。考慮到巖層體的頂板加之底板的強(qiáng)度都大于煤層，煤層又是主要開采對(duì)象，所以受到巖體壓力影響，煤層體受到嚴(yán)重破壞。如果破壞屬于穩(wěn)定破壞，那么會(huì)表現(xiàn)出明顯的巷道壓縮以及煤柱形變等問題。如果破壞屬于非穩(wěn)定性破壞，那么瞬時(shí)能量被大量釋放出來，沖擊礦壓災(zāi)害作為其直接體現(xiàn)，對(duì)生產(chǎn)人員以及生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備等的安全性造成較大威脅。

1.2 具體特征 ?煤礦煤層沖擊礦壓的典型特征如下：①突發(fā)性。表現(xiàn)為在沖擊礦壓在發(fā)生前沒有十分顯著的征兆信息，表現(xiàn)為瞬時(shí)性，整體沖擊礦壓環(huán)節(jié)，彈性能量得以迅速釋放，并且釋放時(shí)間僅僅持續(xù)短短的幾秒鐘，整個(gè)過程相當(dāng)短暫，并且這一過程根本無法得到有效把控;②破壞性強(qiáng)。主要表現(xiàn)在煤層巖體、頂板以及底板受到嚴(yán)重沖擊，以及以上組合沖擊，頂板的巖層出現(xiàn)明顯斷裂，巷道支護(hù)設(shè)備發(fā)生損壞，對(duì)于煤礦工作人員的生命安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)煤礦安全生產(chǎn)工作也難以順利開展。導(dǎo)致煤礦煤層礦壓出現(xiàn)的因素很多，探討礦壓的實(shí)際形成機(jī)理，分析其基本特征，能夠?yàn)橛行ПO(jiān)測(cè)礦壓同時(shí)高效科學(xué)預(yù)防提出可靠依據(jù)。

2 ?如何做好煤礦煤層沖擊礦壓的有效監(jiān)測(cè)

煤礦煤層沖擊礦壓一旦發(fā)生所造成的后果很嚴(yán)重，為此廣大煤礦生產(chǎn)企業(yè)必須格外關(guān)注煤礦煤層沖擊礦壓?jiǎn)栴}，事故出現(xiàn)后的處理工作雖然重要，但是提前預(yù)防杜絕事故發(fā)生更為關(guān)鍵。提前預(yù)防才是切實(shí)保障煤礦生產(chǎn)安全性的關(guān)鍵，所以一定要結(jié)合煤礦企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際建立起完善、可靠的煤礦沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，該體系對(duì)礦壓災(zāi)害事故的防治價(jià)值凸顯。考慮到當(dāng)前煤礦巖體動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制工作的現(xiàn)狀，再加上巖層運(yùn)動(dòng)及圍巖應(yīng)力場(chǎng)理論支持，結(jié)合煤巖沖擊壓力預(yù)測(cè)技術(shù)手段及治理技術(shù)手段，建立在理論研究以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上形成了相對(duì)完整的沖擊礦壓監(jiān)測(cè)體系，其中鉆屑法、電磁輻射法以及微震法等實(shí)現(xiàn)。

2.1 利用鉆屑法實(shí)現(xiàn)預(yù)警 ?鉆屑法是我國(guó)針對(duì)煤礦煤層沖擊礦壓最常用的檢測(cè)方法，煤礦資源開采環(huán)節(jié)，現(xiàn)行的規(guī)范將該方法作為明確沖擊礦壓危險(xiǎn)程度及防治舉措效果評(píng)估的有效對(duì)策，大量工程實(shí)踐研究都表明成效顯著。該方法的優(yōu)勢(shì)在于操作較簡(jiǎn)單，可以將煤層巖體壓力大小直接反應(yīng)出來，對(duì)深度不一致的位置完成取屑，完成煤層巖體處于不同深度壓力值的測(cè)定。考慮到該方法的探測(cè)范圍有限，同時(shí)打鉆的工程量過大，所以采用人工展開操作有較大誤差，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)不可能，所以在一些復(fù)雜程度高的區(qū)域無法廣泛推廣開來。

2.2 利用電磁輻射法實(shí)現(xiàn)預(yù)警 ?借助電磁輻射法完成預(yù)測(cè)。電磁輻射法屬于非接觸式探測(cè)手法，該方法在我國(guó)沖擊礦壓監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。借助煤巖破壞產(chǎn)生的電磁輻射的接收完成煤巖體內(nèi)應(yīng)力集中程度的測(cè)定。電磁輻射法優(yōu)勢(shì)凸顯，電磁輻射監(jiān)測(cè)儀攜帶便利，無需安裝，可以將其直接掛在巷道的煤壁上，整體巷道煤壁上只需要布置上電磁輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備即可輕松實(shí)現(xiàn)全礦井沖擊礦壓在線監(jiān)測(cè)目的。

2.3 利用微震法實(shí)現(xiàn)預(yù)警 ?借助微震法實(shí)現(xiàn)，煤礦井下媒體以及采集場(chǎng)的巖石屬于應(yīng)力介質(zhì)范疇，如果受到來自頂?shù)装鍓毫Φ挠绊懀敲疵襟w以及圍巖就被直接損壞，同時(shí)還有大量的能量集中釋放，微震就是能量釋放環(huán)節(jié)出現(xiàn)的典型物理效應(yīng)。實(shí)際工程測(cè)試工作中，一旦煤巖體在彈性壓力變形破壞過程中，產(chǎn)生低頻微震動(dòng)波，緩慢振動(dòng)使彈性能量緩慢釋放。考慮到這些情況，高效實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，微震監(jiān)測(cè)體系借助煤巖體應(yīng)力監(jiān)測(cè)，完成沖擊礦壓監(jiān)測(cè)操作，借助該方法能夠達(dá)成十公里范圍內(nèi)的危險(xiǎn)源的探測(cè)及預(yù)警操作。

3 ?煤礦煤層沖擊礦壓常用防止技術(shù)手段

3.1 借助合理的開拓布置以及開采手段 ?分析煤礦煤層沖擊礦壓常使用的防治技術(shù)手段，首先借助合理的開拓布置以及開采手段來實(shí)現(xiàn)。勘探及礦井設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該將沖擊危險(xiǎn)煤層以及區(qū)段詳細(xì)了解，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就將沖擊礦壓的防治措施充分考慮在內(nèi)，同時(shí)在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)合理的開拓開采方式，將沖擊礦壓危險(xiǎn)有效消除，或者將其影響降低。大量工程實(shí)踐研究表明，礦井沖擊礦壓受到開采技術(shù)影響較大，一旦開拓開采方式不恰當(dāng)形成就“覆水難收”，開采沖擊礦壓煤層一定要采取防治沖擊礦壓生產(chǎn)技術(shù)舉措。正是開展采掘工作前一定要將防治沖擊礦壓內(nèi)容統(tǒng)籌考慮在內(nèi)，使得開采流程的合理性，降低煤柱應(yīng)力集中區(qū)形成幾率。考慮到煤柱本身承受的壓力較大，特別是半島形的煤柱，承受的疊加應(yīng)力往往來自于很多方向，所以更容易產(chǎn)生沖擊礦壓。

3.2 開采保護(hù)層 ?開采保護(hù)層是沖擊礦壓有效防治的關(guān)鍵技術(shù)，指的是一個(gè)煤層先完成開采，使得周圍煤層有卸載時(shí)間，首先采集的保護(hù)層應(yīng)該結(jié)合煤層賦存條件選擇沒有沖擊傾向的煤層。在實(shí)際實(shí)施環(huán)節(jié)一定要保障足夠的開采時(shí)間和空間，不能在采空區(qū)內(nèi)留煤柱。待保護(hù)層開采工作完成后，圍巖中有裂縫產(chǎn)生，導(dǎo)致圍巖朝著采掘空間移動(dòng)，采空區(qū)上下方的巖層卸載。

3.3 煤層注水操作 ?煤層注水操作，在采掘工作正式展開之前，煤層展開長(zhǎng)時(shí)間的壓力注水。注水往往在已經(jīng)挖掘好的回采巷道內(nèi)或者鄰近的巷道內(nèi)展開，其最終的目的是借助壓力水的物理化學(xué)作用，使煤的物理力學(xué)性質(zhì)得以優(yōu)化改善，從而達(dá)到降低煤層沖擊傾向以及盈利狀態(tài)的目的。煤層預(yù)注水屬于積極主動(dòng)區(qū)域性防范舉措，不僅可以將礦壓威脅有效減緩，甚至還可以直接將其消除，此外還能夠起到降溫、改善勞動(dòng)條件的作用。

3.4 煤層卸壓 ?煤層卸壓也是有效防止煤礦煤層沖擊礦壓的有效技術(shù)手段，將其進(jìn)一步細(xì)分為卸壓鉆孔以及深孔卸壓爆破兩大方面。煤層深孔卸壓爆破在采面以及上下位置的巷道開展卸壓爆破操作，將集中在煤質(zhì)中的彈性勢(shì)能高效釋放出來，同時(shí)采面周圍以及巷道兩側(cè)形成卸壓保護(hù)區(qū)，支承壓力朝著煤質(zhì)深層轉(zhuǎn)移，無法直接在巷道或工作面的煤壁外表面作用，彈性能釋放過程的沖擊能力大大降低。卸壓鉆孔是在煤體的應(yīng)力富集區(qū)域，打上一些孔徑較大的鉆孔，使得媒體和圍巖體系累積的彈性能量得到慢慢釋放。沖擊礦壓大部分在相近采空區(qū)與的工作面巷道內(nèi)出現(xiàn)，煤柱一側(cè)的沖擊強(qiáng)度往往比工作面一側(cè)的要大，所以借助煤柱上打卸壓鉆孔的方法較為合適。

3.5 回采布置 ?煤層群在開采的時(shí)候，開拓布置操作對(duì)保護(hù)層開采工作十分有利。首先開采能夠卸壓，同時(shí)不具備煤的沖擊傾向性或者沖擊傾向性較弱的煤層。鄰近層屬于沖擊危險(xiǎn)煤層的時(shí)候，應(yīng)該優(yōu)先開采危險(xiǎn)性小的煤層，將其作為保護(hù)層，完成上保護(hù)層的優(yōu)先采集。

4 ?結(jié)語

綜上所述，沖擊礦壓對(duì)煤礦生產(chǎn)的安全性造成嚴(yán)重影響，為此煤礦煤層沖擊礦壓的防止也是煤礦生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)關(guān)心的問題。文章在詳細(xì)了解煤層沖擊礦壓形成機(jī)理以及特征的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)性的預(yù)警機(jī)制及防止技術(shù)，希望對(duì)大幅度降低煤層沖擊礦壓風(fēng)險(xiǎn)有所借鑒，真正推動(dòng)煤礦事業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

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