高应力高瓦斯作用下煤巷防冲技术探析

郭海洋 董洪滨

(河南能源义煤集团耿村煤矿,河南渑池 472431)

高应力高瓦斯作用下煤巷防冲技术探析

郭海洋 董洪滨

(河南能源义煤集团耿村煤矿,河南渑池 472431)

深井煤巷高瓦斯、高应力的存在会加速围岩分区破裂化,造成应力集中和弹性能的集聚,文章分别分析了高瓦斯、高应力对巷道围岩变形破坏的影响,并介绍了一种二者共同作用下煤巷的防冲技术,望对相关工作实施有所借鉴。

高瓦斯 高应力 煤巷 防冲

深部开采所面临的一个重要问题就是动力灾害严重，尤其是冲击地压，进入深部开采以后，围岩应力和瓦斯含量直线增加，而且由于高应力对围岩的影响，围岩大多处于压闭状态，瓦斯集中在煤岩体中，瓦斯压力升高，煤岩体中集聚了大量的能量，一旦受到采掘活动的影响，达到某种条件，煤岩体中所集聚的能量就会瞬间释放，能量吸收和释放不均衡，便会发生冲击地压等类似动力灾害。

1 深井煤巷

巷道煤岩体同时具有弹性和塑形的物力力学性质，并且很容易受到高瓦斯与高应力的影响，这些都是直接诱导冲击地压发生的本质条件。

1.1 高瓦斯对巷道围岩变形的影响

瓦斯在煤岩体中的存在形态有两种，即游离态和吸附态，两种形态在煤岩体中可以相互转化，处于动态平衡之中，并且会以力学和非力学的形式作用于煤岩体。游离态的瓦斯在煤岩体中产生瓦斯压力，瓦斯压力与煤岩体对瓦斯的影响是双向的，而且瓦斯状态对煤岩体的状态变化非常敏感，仅仅是微小的变化也能使瓦斯产生剧烈的影响，进而瓦斯对煤岩体也会直接产生力学与非力学的影响。

巷道开挖必然引起应力的重新分布，导致部分区域出现应力集中现象，此集中应力一旦超过巷道围岩的承受极限，巷道就会发生破坏，巷道围岩大多是以层裂结构的形式破坏，产生分区破裂，除高应力作用以外，瓦斯在其中也扮演了重要的角色，瓦斯对巷道围岩的破坏有两个方面，低瓦斯压力的开裂作用，高瓦斯压力的高压突出。巷道围岩的分区破裂现象类似冲击地压发生时的围岩破坏，所以说分区破裂为冲击地压的发生创造了条件。

1.2 高应力对围岩巷道变形的影响

高应力是深部矿井的一大特点，围岩应力的增加和应力集中加速了围岩的变形，初期变形较快，此后慢慢衰减直至达到平衡，并且深部巷道围岩具有较强的流变性，巷道围岩在高应力的作用下破坏形成了松动区和塑形区，这是围岩分区破裂化的一种表现。深井围岩对应力扰动特别敏感，受到采掘扰动后会破坏巷道围岩所形成的暂时平衡状态，较之前次围岩变形破坏会更加剧烈，再次达到稳定需要更长的时间。冲击地压的发生一主要表现特征就是能量的突然释放，受深部矿井的高应力的影响，围岩中集聚大量的能量，为冲击地压的发生提供了根本的能量条件，较浅部矿井，其发生频率和强度都大大增加。

1.3 高应力、高瓦斯参与的冲击地压的机理

高应力、高瓦斯作用下使得煤壁出现层裂结构，进而使煤岩体失稳，这是冲击地压发生的根源之一。结合煤岩体的变形破坏特征，总结了高应力、高瓦斯参与的冲击地压的机理，高瓦斯以力学和非力学的形式作用于煤岩体，改变煤岩体结构，促使裂隙的发展，降低围岩的强度，同时高应力的作用加速围岩分区破裂，二者相互促进，共同作用之下会大大加速煤岩体的破坏，造成应力集中和弹性能的集聚，为冲击地压的发生创造了良好的条件。

2 深井冲击地压煤巷防治技术

深井煤巷冲击地压防治可通过巷道围岩全断面锚注支护+深孔卸压爆破的手段。

(1)锚注支护的作用可以概括以下几个方面：首先锚注可以封闭围岩裂隙，改变围岩力学特性，提高煤岩体的内聚力和内摩檫角，使围岩形成一个整体，增加自身的承载能力，其次注浆封闭的围岩还可以隔绝水源和空气对煤巷的侵蚀、风化，间接的保护了煤岩体的承载能力。其次，锚杆支护具有一定的柔性，可吸收一定的围岩变形，在承受一定冲击力的情况下，还具有较强的承载能力。再者，全断面锚注支护可改变围岩受力状态，使破碎围岩由二向应力状态又恢复了原先的三向应力状态，还能够补强帮角、底角等关键部位。最后，锚注支护所注入的浆液可以充填瓦斯或应力破坏所留下的裂隙，较少弹性能的集聚，减缓冲击地压的发生。

(2)在全断面锚注支护的基础上结合深孔卸压爆破，在巷道围岩深处进行卸压爆破，使围岩破裂，释放周围瓦斯和集聚的弹性能，转移巷道高应力，减小卸压爆破区域围岩的强度，并且在受到外界冲击地压的情况下，经过卸压爆破的围岩能够充当柔性层，吸收一定的冲击能量，减少到达巷道支护的能量。这样巷道锚注支护+卸压爆破区域+深部围岩骨架组成强弱强的大结构，从而减缓或防治冲击地压的发生。

2.1 力学角度分析支护效果

深孔爆破会改变围岩内部应力状态，迫使高应力向内部转移，并且爆破所产生的裂隙也为瓦斯的转移创造了条件，使得高瓦斯原理巷道表面，容易被排放，减少瓦斯对煤岩体的破坏，同时巷道的全断面注浆加固，使得巷道开挖所造成的围岩破碎重新胶结形成一个统一的整体，提高围岩的强度和自身的承载能力，降低巷道发生冲击矿压的可能性。

2.2 能量角度分析支护效果

由冲击矿压的能量理论可以知道，冲击矿压的发生是围岩集聚的大量弹性能瞬间释放所造成的围岩大规模破坏，深孔爆破能够释放围岩所集聚的高应力能量，使得高应力向围岩内部转移，并且爆破过程也会消耗一部分的弹性能。其次，深孔爆破形成的区域，强度低，有一定的柔性，在受到外部能量冲击的过程中，能够吸收一部分能量，到达巷道支护表面的能量就会大大减少，并且锚注支护的围岩也会消耗一部分的能量，冲击能量被陆续削弱之后，所剩下的能量基本上不会对巷道产生破坏，从能量角度分析该支护能够达到支护效果。

3 结语

深部开采的地质条件更加复杂，冲击地压的预测与防治更加困难，尤其是在高瓦斯、高应力双高作用下的煤层巷道，冲击地压防治重点在于转移或释放高应力和改变巷道围岩的物理力学特性，巷道围岩全断面锚注支护+深孔卸压爆破就是基于两者基础上理论提出的局部防突措施，实际应用有待进一步考证。

[1]郭建军,郑吉玉.高瓦斯煤层冲击地压防止技术探讨[J]煤,2012(154)：57-60.

[2]黄浩,陈清国,秦奋,蔡成佩.煤体卸压爆破技术在冲击地压区的应川[J].煤矿安全,2008,55(4)：57-60.

郭海洋,男,(1983.05—),河南淮阳人,毕业于河南理工大学,研究方向：矿井冲击地压。