高应力高瓦斯条件下煤巷冲击地压防治的理论分析

潘环喜

摘 要：依据冲击地压发生的一些实例可以发现，处于高瓦斯煤层中，冲击地压的发生能够从高应力高瓦斯上获得极大地促进作用。所以在高应力高瓦斯条件下，煤巷冲击压防治必须要考虑到瓦斯对冲击地压存在的作用。在对冲击打压进行防治的过程中，需要注意采用针对性的方法对于瓦斯进行防治。可采用煤层注水、水力压裂或者是松动爆破等方式减少动力灾害在高地应力下的发生，以此达到煤与瓦斯冲突以及冲击地压发生危险性的有效降低。

关键词：高应力；高瓦斯；煤巷；冲击地压防治

针对冲击地压发生机理的研究，已经在国内外产生了一定程度的基本认识，并且在预测与防治方面也已形成了一套基本的技术方法。但是在高应力高瓦斯条件下煤巷冲击地压在发生机理以及防治上实施的专门研究尚且不多。若是对低瓦斯煤巷而言，会因为瓦斯压力小、含量低，将瓦斯对冲击地压产生的影响忽略掉。然而针对高压力与高瓦斯条件下的煤巷而言，则无法忽略瓦斯对冲击打压产生的作用与影响。

1 高应力、高瓦斯冲击地压机理

随着埋深的增加，地应力会随之增大，当埋深到达了一定的深度时，原岩中的地应力会突破煤岩自身最大的应力承受强度，而此时，煤岩中长时间积聚的弹性能便会突然猛烈的释放出来，从而破坏巷道，主要表现为巷道围岩剥落、弹射甚至是抛射。除此之外，还有伴随巨大的声响、冲击波以及围岩振动产生，严重的影响到安全生产。

井下巷道在实施开挖之后，会改变原有的巷道应力状态，使应力获得重新的分布。而巷道围岩内部属于非均质性质，从而导致围岩内部有高应力集中区或者是低强度区形成，这些区域应变软化性质是十分典型的，并且变形的程度越大就会导致抵抗变形的能力变得更低。同时一些形成应力集中区或者是降低区的应力并没有达到煤岩体的峰值，从而继续维持着原有的弹性性质。当巷道围岩丧失了稳定的平衡状态后，面对外界的干扰极易产生影响，从而导致内部原本积聚的弹性能释放出来，导致巷道破坏甚至出现强烈的动压现象。可见，一般情况下，应变软化的区域容易发生冲击地压。

煤岩体承受应力作用时产生变形破坏的过程就是冲击地压孕育的过程，而发生冲击地压之间的过程，可以用准静态过程来理解。当冲击地压发生之后，会导致巷道煤岩内部出现新的应力分布，进而释放能量，以此向新的平衡状态发展。但这个向新平衡发展的过程，会致使巷道围岩出现严重的破坏性变形，因为能量使以动力的形式释放的，所以该过程也就是动态的。所以说冲击地压发生的整个过程可以看作是先由静态失稳变为动态，再由能量释放以及应力的重新分布再转变为平衡的静态。

2 高应力高瓦斯条件下煤巷冲击地压防治理论

2.1 加固巷道圍岩

巷道开挖之后，首先需要做的就是对巷道实施锚杆支护并对注浆锚杆实施全部的注浆。在注浆锚杆锚固区形成一层由锚杆和浆液组成的强度较高的承载圈，使其将径向压力提供给锚杆，从而使锚杆能够将悬吊、组合拱、组合梁以及最大水平应力等作用发挥出来，增加深部高瓦斯巷道围压的层状破坏中各层的摩檫力，以此改变围岩的受力状态，从一维受力转换成二维受力或者是三维受力。之所以进行注浆，就是因为注浆能够使破碎围岩的内摩擦力与粘结力得以增加，从而提升围岩强度。

对于深部巷道而言，存在围岩分区破坏的问题，此时锚杆与浅部注浆对于有些情形是很难发挥出作用的，即使注浆能够将围岩本身的强度提升，但是面对深部高应力给予的扰动依旧无法承受，仅仅对其进行浅部低压注浆，会威胁到巷道的长期稳定。因此需要对巷道围岩的深部实施一次注浆。通过对锚索的注浆，将注浆的作用范围增加。通过这样的方式，便能使两层以注浆为主的支护体形成与巷道的周围，共同承受围岩应力。

通过注浆管，将能够实现胶结硬化的浆液向围岩中注入的过程便是锚注支护，此措施中，注浆管也能够具备锚杆的作用。破碎的围岩可以因注入的浆液实现胶结，从而变成具有高强度的胶结体，使破碎围岩能够在力学性质与性能上得到改善。提高胶结体的内摩擦角与内聚力，从而使巷道围岩能够获得强度与抵抗外力能力提升，是浆液最为明显的效果，以此促使巷道的稳定可以得到一定的保障。锚注不仅能够将锚杆、锚喷、锚索以及锚网等主动支护拥有的柔性特征展现出来，还能将被动支护具备的刚性很好地展现出来。这样便能够将支护体具备的支护效果很好地发挥出来，使巷道得到稳定性的保证。与此同时，巷道围岩还能因为注浆处理实现结构若面存在程度的降低，使应变软化区域得以减少，利于巷道冲击地压的防治。

2.2 转移或释放高应力

高应力的转移。由于深孔爆破斜压施工的操作方式较为简单，同时斜压的效果较为良好，所有在转移高应力上得到了广泛的应用。所谓爆破指的就是在高温高压环境下产生气体同时释放爆轰波的整个过程，当爆轰产生的瞬间，钻孔会被产生的气体充满，同时使钻孔孔壁获得数万兆帕的超压。这种情况下，存在于爆破源周围的煤岩体便会直接被压实，同时会有一个压应力场形成于钻孔的旁边，面对压应力施加的作用，会导致煤岩体出现压缩以及径向位移的现象，并且在拉应力施加的作用下会有拉伸形变出现。对于煤岩体而言，其抗拉能力并没有抗压能力强，所以径向方向便会首先出现裂缝。与此同时，还会因为径向方向上的每个质点都有着不同的移动情况，导致径向方向上还会出现剪应力，从而产生破坏。

深孔爆破控制冲击地压的机理：冲击地压发生必备的能力条件与强度条件会因为爆破裂缝的产生得到同时的消除；煤岩体在弱化之后，便会有效预防发生冲击地压；应力集中的程度能够实现降低，同时使高应力峰向深处转移；处于高瓦斯煤层环境中，深孔爆破能够使煤岩体增加透气性，使煤岩体中存在的瓦斯能够得到快速的释放，使瓦斯压力梯度实现降低，从而有效降低瓦斯影响煤岩体的程度。

高应力的释放。在进行高应力转移之后，可以采用一些恰当的方式释放掉巷道围岩浅部区域中的应力，从而实现高应力的释放。在进行深部开采的过程中，会逐渐增加煤层中瓦斯具备的吸附能力，面对外部施加的扰动，煤层中的瓦斯会产生很高的解析膨胀能量，正是因为存在这些能量才会导致产生冲击地压。所以必须通过一些合理的方式释放掉煤层中的瓦斯，只有这样才能减少或者是降低其对煤岩体存在的影响。

3 结束语

综上所述，井下巷道在实施开挖之后，围岩内部会有高应力集中区或者是低强度区形成，当巷道围岩丧失了稳定的平衡状态后，面对外界的干扰极易产生影响，从而导致内部原本积聚的弹性能释放出来，其中应变软化的区域便会极易发生冲击地压，严重影响安全生产。基于此，文章分析了高应力、高瓦斯冲击地压机理，并且从加固巷道围岩、转移或释放高应力这两个方向探讨了高应力高瓦斯条件下煤巷冲击地压防治理论，希望以此为高应力高瓦斯条件下煤巷冲击地压发生机理以及防治理论的研究提供一些借鉴。

参考文献

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