礦井施工沖擊地壓所形成的特征及防治措施

黃 賀

（兗州煤業股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

基于增加采掘強度、擴大采掘范圍、增加采掘深度影響下，礦井工程沖擊地壓現象的形成概率大大增加。近年來我國持續形成的礦井沖擊地壓現象使人們的生命安全與社會財產受到嚴重威脅，這也引起社會的廣泛關注[1]。鑒于此，對礦井施工沖擊地壓問題的分析具備重大的實際作用。

1 礦井施工沖擊地壓特點

礦井采掘中的沖擊地壓具備顯著的特點及發作劇烈，一般在劃分其特征強度中根據弱沖擊、強沖擊、礦震、巖爆等作為級別。通常來講，礦井采掘時形成沖擊地壓會拋出礦體、巨響或聲浪等情況，形成這一系列情況時非常劇烈，以及形成的破壞性非常之大。沖擊地壓形成的同時顯著的動力情況形成于礦產，在礦井采掘時往往形成礦產資源爆破聲[2]。并且，還會顯著降低礦井巷道圍巖的可靠性，從而使巷道內支架受到嚴重破壞，更加難以維護巷道。總之，沖擊地壓的特點表現為下面幾點：一是復雜性。基于各種采礦工藝技術以及地質條件的制約，不管應用怎樣的采掘技術都較難防范沖擊地壓的形成。二是礦井工程施工的爆破性。在沖擊地壓中，礦井施工的爆破性是非常多見的一種情況，一般礦井施工的爆破性會嚴重沖擊頂底板、礦層，甚至會形成巖爆的情況。三是瞬時性。形成沖擊地壓往往不存在任何預兆，以及形成的過程較短，一般維持在幾秒鐘的時間，以及往往都是剎那形成的。四是破壞性。在礦井采掘中形成沖擊地壓常常形成非常大的破壞性，從而損壞采掘設備，甚至對采掘工作者的人身安全形成嚴重威脅[3]。

2 礦井施工沖擊地壓形成因素

（1）井下資源地質因素。一是采掘深度。理論界存在如下的認定指標：在采深為350m以內時，不容易形成沖擊地壓；在采深為350m～500m 時，沖擊地壓可能性增加；在采深為500m 以上時，沖擊地壓的形成力度和幅度顯著增加。結合此指標我們能夠明確，采掘深度愈大，礦體愈加容易集中應力，從而較易形成沖擊地壓。二是礦層構造特性。之前形成沖擊地壓礦井的地質構造為礦層-薄軟層-硬頂及硬底-硬質礦體-硬頂。如此結構的特色在于具備沖擊地壓形成的潛在因素，在某種因素影響下，采掘沖擊危險性及可冒性較易形成。三是地質結構。除礦層構造特性之外，通常在礦層傾角改變、褶曲、斷層等地質結構范圍形成沖擊地壓現象。形成的如此地質結構重點是基于非常大的應力場存在于其周圍，基于應力影響下構造曼力形成，從而較易形成沖擊地壓現象。

（2）礦井采掘技術因素。沖擊地壓受到采掘技術的制約有兩種主導體現方式：一是由于采掘而迅速增加巖體應力，在相應的范圍或區域中高度集中應力。二是在固有的高應力集中區域的礦層基于采動影響下，沖擊地壓形成。無論是何種體現方式，采掘技術的應用不當都會使沖擊地壓形成的幾率顯著增加。例如，針對采掘次序來講，單一礦層與多礦層的采掘次序存在差異性，倘若不合理采掘，那么會改變礦層壓力大小與布局，從而使沖擊地壓形成。針對采掘礦柱來講，其屬于較易形成沖擊地壓的情況，由于礦柱區域集中應力，以及疊加了很多的應力。并且，對于綜放采掘技術來講，其也存在相同的問題，由于其形成沖擊地壓的概率不如分層采掘或單一礦層采掘的大，然而，因為其波及面廣，從而持續提高危險性。

（3）礦產結構組織管理因素。為了防范沖擊地壓情況的形成，往往應用有效合理的組織管理措施。相同的，倘若組織管理措施不力，那么將較易形成沖擊地壓情況。在比較形成沖擊地壓之后能夠確定出，改區域不適當采掘時顯著的共性，并且組織管理措施不力是導致不當采掘的直接因素。例如，在工作面跟固有采空區相距2000m 左右時，較易形成沖擊地壓。這種情況下，倘若不斷進行采掘，那么會持續增加危險系數。倘若這種情況下缺少有效的組織管理，僅僅注重采掘，那么勢必造成事故的形成。

3 礦井施工沖擊地壓防治技術

在防治沖擊地壓時重點實施的模式是監督、監測、支護、卸壓等，其中，保障有效防治礦井施工沖擊地壓的中心環節在于卸壓，有補強卸壓和基本卸壓這兩種模式，其中，基本卸壓即對回采工作面和掘進區高應力區執行超前卸壓，而補強卸壓即立足于基本卸壓之上結合實際現狀對有關范圍實施加密卸壓。

（1）礦井施工沖擊地壓的防治原則。一是防范形成高應力。在進行采掘時，需實現工作面布置與采掘次序的科學優化，確保無礦柱采掘實現，進而防范集中高應力。二是確保最大應力方向平行于采掘方向，在進行采掘時禁止避免兩者形成較大傾角或保持垂直，不然，沖擊地壓的風險將增加。三是實現應力釋放區域的擴大。在進行采掘時，不但盡量防范集中應力，而且盡量對固有形成的應力進行釋放，在加速釋放應力或減小應力集中的基礎上防范沖擊地壓風險的形成。

（2）礦井開采工作面鉆孔斷頂卸壓技術。鉆孔斷頂卸壓技術指的是基于高應力狀況下，結合礦層聚集的彈性勢能對鉆孔附近礦體形成破壞性作用，進而釋放礦層的能量和壓力，以使沖擊危險性消除的一種礦井施工沖擊地壓防治技術，鉆孔斷頂卸壓技術能夠使礦體聚集的彈性勢能釋放，從而使應力消除。并且，鉆孔斷頂卸壓技術還能夠結合鉆孔確保固有的在附近圍巖作用的高應力轉移至卸壓區外面的巖體深部。基于不斷推移回采工作面影響下，倘若礦層之上堅硬頂板存在面積較大懸頂情況，那么較大動載將形成，從而使范圍較大的沖擊地壓情況形成。為此，需要在進行回采之前，對兩巷相應范圍的頂板實施斷頂爆破措施。結合斷頂施工，能夠推動實時垮落后面采空區頂板，進而減小未采空范圍和采空范圍頂板的連接性，以使頂板來壓強度顯著減小。另外，結合井下爆破作業可以使頂板理想特征改變，從而事先釋放其中聚集的彈性勢能，減小出現沖擊地壓的概率。例如可以在工作面開切眼位置順著巷道每間隔5m 設置斷頂爆破鉆孔，單個鉆孔深度在28m 以上，確保裝藥量在12kg 以上。如圖1 所示為礦井下斷頂爆破設置鉆孔圖。

圖1 斷頂爆破設置鉆孔圖

（3）超前松動爆破卸壓技術。根據相關理論研究可知，采用超前松動爆破卸壓的方式能夠改變礦層固有的物理特性，從而將其內部集聚的大量勢能予以釋放或使其向深部轉移，避免回采中發生強烈的沖擊地壓現象。超前松動爆破卸壓技術如圖2 所示。

（4）礦層注水技術。礦層注水不但能夠實現機械的最大可能應用，而且能夠在危險范圍之外開展作業，礦層注水這種解危技術十分高效。井下礦層結構的特點是具備相應的親水性和孔隙率，結合注水能夠使礦層構造、礦體聚集的彈性勢能、礦體強度等都發生改變，從而使沖擊地壓的危險系數減小。在實踐中經常應用壓注化學溶液或頂板注水這兩種技術手段，結合這兩種技術手段能夠很好地防范沖擊地壓危險。在進行注水時應合理組織注水時間，確保時間在三分鐘以內，由于基于時間的推移會減小注水的效果。

圖2 超前松動爆破卸壓鉆孔布設

（5）礦井施工安全風險與管控技術。一是兩道超前支護缺少足夠的強度與距離，會導致顯著的壓力顯現，在壓力顯現較大時需實現兩道超前單體支護距離的延長，以使單體支護密度增加。二是兩道采空區懸頂太長，冒落瞬間會導致沖擊地壓形成。回采過程中兩道采空區懸頂在10m 以上時務必打隔離墻，強化兩道退錨工作。三是打眼時的片幫和頂板會產生礦體掉落現象，這會出現施工人員導致現象。打眼前務必敲幫問頂，實時支護頂、幫。四是步規范應用風礦鉆會導致傷人現象，在風礦鉆的操作過程中，工作者務必系緊袖口和禁止戴手套。五是在風礦鉆的應用中，倘若其風管接頭不牢固，那么會導致傷人情況。因此務必確保風管接頭和風礦鉆接頭的牢固，且以鐵絲扎結實。六是場地工作者較多，不當操作會導致傷人事件，因此工作者之間應彼此照應和互相協調，確保互不傷害和互相保護。

4 礦井施工沖擊地壓治理成效的驗證方法

（1）電磁輻射的方法。出現破裂的井下礦層會往外輻射電磁，結合如此的特點，在進行采掘時重點以脈沖數和電磁輻射強度實現檢測，其中脈沖數體現了礦體微破裂和變形的次數，而電磁輻射強度體現了礦層的破裂變形輕度及受載情況。在綜合這兩項信息的基礎上，能夠對沖擊地壓的治理成效進行很好地驗證。

（2）鉆屑的方法。檢測沖擊地壓現狀的根據主要是礦井施工的支承應力和沖擊傾向。鉆屑法能夠很好地驗證這兩個指標。倘若支承壓力指標為臨界值，以及礦層具備至少中等的沖擊傾向，那么會形成沖擊地壓。倘若檢測的礦產資源粉量為臨界指標以上，那么需判斷礦體的狀態為臨界危險，務必迅速實施化解策略。

5 結論

綜上所述，礦井施工沖擊地壓作為深部回采中越發常見的一種地質災害類型，礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中結合實際實施有針對性的沖擊地壓防治技術措施，例如應用鉆孔斷頂卸壓技術及注水技術等，從而為礦井生產的持續有效開展提供堅實保障。