冲击地压机理和防治在煤炭开采中的研究

田本强,赵广轩

（山东省临沂市山东能源临矿集团株柏煤矿生产科,山东 郯城 276111）

随着世界各国的经济不断发展，所需求的资源数量越来越大，在最近十几年里，煤炭资源的大量和深度开采会造成冲击地压等类型动力灾害的发生，发生的频率可以说越来越高，严重威胁着煤矿开采的安全问题。据相关资料的统计，2013年底，我国发生冲击地压的矿井已经达到154个，有将近60个矿井开采深度已经超过1000 m，其中一些煤矿企业受到了冲击地压的破坏，最终导致了重大伤亡事故的频繁发生，造成多数人员受伤，甚至死亡。我国属于煤矿开采大国，煤炭生产总量占世界的一半左右，加上我国煤炭地质条件的复杂性，我国的煤矿冲击地压问题尤为突出。因此，相关的单位和专家学者，非常关注和重视煤矿冲击地压的机理和防治等问题，我国的相关部门建立了一些比较科学化的研究计划，主要研究动力灾害的机理和防治，这也是重点研究煤矿冲击地压的重要原因。但是由于执行的过程中会遇到很多复杂的问题，不能充分的实现冲击地压的机理和防治研究，因此，相关部门和专业人员需要进行长时间的探索和实践工作，同时这也是现在及未来面临的重大挑战和难题。

1 冲击地压发生机理与防治技术研究现状及存在的问题

1.1 冲击地压地质构造条件及相互作用机制

矿井的地质特征、构造过程及区域应力环境等都是形成冲击地压的重要因素，有着直接和密切的关系，地质演化控制着每层的产状、展布及厚度，并且会直接影响地质构造的赋存、应力或残余应力场的分布。不同的地质运动会产生不同或多种地质构造，然而其中的特征具有一定的特殊性，在一定程度上会诱发矿井地质灾害的发生，这是其中主要的条件和因素。另外，断层和褶曲等一些的特殊地质构造是诱发冲击地压的主要地质因素，近几年，国内外有很多的学者对煤矿冲击地压的发生进行了大量的研究和分析，其中的结果显示，冲击地压的形成和斜轴部、构造变化及应力带区域有着直接的关系。我国曾有多名相关专家和学姐指出，冲击地压的形成和断层的不同类型具有一定的密切关系。其中2种类型的地质构造主要有增压和减压，增压型地质构造会在很大程度上引起冲击地压的发生，相反，减压型引起冲击地压的发生几率几乎为零，因此，详细的了解相关地质构造的信息和知识是非常重要的。赋存形态和断层的精确描述可以有效的探测引起冲击地压发生的内资因素和条件。探地雷达、TSP超前地质预报、三维地震勘探等技术是国内目前对地质构造探测的主要技术。我国的煤炭资源开采程度相对巨大，一些实际的问题和情况也显而易见，针对煤炭深层地质构造特征研究的同时，要对煤层和空间结构及力学性质进行相关的探索和发现，并且要有针对性的建立一套完整的监测系统和综合探测方法，从而有效的对矿物成分和细观结构与冲击倾向性的关系及模型描述，构建判别准册。

1.2 煤矿冲击地压的发生机理

我国在全世界内一直都属于煤炭资源大国，在开采的深度和总产量居世界第一位，针对这种情况而言，我国冲击地压的发生率也是最频繁的，因此，研究冲击地压过程中动力稳定性问题是必要的，同时这也需要专业的理论知识及稳定性较强的实践经验，从而深入研究冲击地压的机理的相关问题。冲击机理分为3种类型，一是物力学性质，对其进行深入的研究和分析，找出其中的破坏特点及因素，同时需要要利用一些非线性理论对冲击失稳的过程进行探索；二是地质构造及局部变形的突出，根据地质弱面和媒体几何的结构来研究冲击地压机理两者之间存在某种关联；三是扰动影响与冲击地压之间的关系。针对我国的煤炭资源开采来讲，最近几十年内处于大量开采的范围内，其深度和扰动一直在不断的快速增加，冲击地压机理多因素的特点越来越明显。因此，应该根据煤岩体的裂隙开采能量的积聚与释放机制、能量场的时空演化规律及动力灾害演变能力作为最基本的出发点，基于失稳模型与判别标准和能量体系，利用分叉理论和动力学来研究破裂演化而诱发的冲击地压的整个过程，探索冲击地压灾害机理与防治的有效途径。

2 预警技术与防治方法

2.1 预警技术

随着我国经济的发展，我国的科学技术属于突飞猛进的阶段，各种现代科学技术不断的被推广和应用，几几年内，我国针对冲击地压预警技术方面也取得了较大的突破和进展，同时我国在全世界的范围内大量的引入高新技术的监测设备，对冲击地压的监测预警发挥着相当巨大的作用。我国目前煤矿监测预警冲击地压的主要方法有矿压观测法、钻屑法、顶板动态仪、钻孔应力测量法、电磁辐射法、地震CT技术及电荷感应监测技术等等。以上这些方法和技术能够有效的对冲击地压进行监测和预警，但是由于冲击地压机理的复杂性，不同监测系统的监测原理、对象、精度、范围也不同，因此，从前兆信息中判别得出准确的预警结果扔然有很长的路要走，这也是我国现在及未来面临的重要挑战和难题。

2.2 综合防治方法

冲击地压的综合防治技术主要有三个方面，首先是针对性的对防治方法进行优化设计，降低冲击地压的发生几率；其次要对冲击危险区域有一个基本的了解和掌握，避免高应力集中和改善煤岩体介质性质以减弱积聚弹性能的能力；最后要根据实际情况和条件以及现场环境进行支护方法的选择，增大支护强度和支护方式，进行相关的改善工作，从而有效的提高支护抵抗冲击的能力，属于被动防护。针对一些开采技术，同样需要进行一些优化，从源头上消除和降低应力高度的集中，这是一种有效降低冲击地压危险现象发生的一类方法。

[1]庞绪峰.坚硬顶板孤岛工作面冲击地压机理及防治技术研究[D].中国矿业大学(北京),2013.

[2]姜福兴,魏全德,王存文,姚顺利,张寅,韩荣军,魏向志,李泽成.巨厚砾岩与逆冲断层控制型特厚煤层冲击地压机理分析[J].煤炭学报,2014(07):1191-1196.

[3]欧阳振华.多级爆破卸压技术防治冲击地压机理及其应用[J].煤炭科学技术,2014(10):32-36+74.

[4]苗小虎,姜福兴,王存文,邓建明.微地震监测揭示的矿震诱发冲击地压机理研究[J].岩土工程学报,20.