深部开采冲击地压影响因素及钻孔卸压技术分析

韩凉

【摘  要】冲击地压灾害比较严重的地方会导致巷道断面全部被破坏，如煤岩体崩出堵塞巷道，设备受损无法正常运作，甚至出现人员伤亡情况，有的矿区还会出现地面坍塌，导致地面建筑物严重受损。

【关键词】深部开采;冲击地压;影响因素;鉆孔卸压技术

前言

一般来说，煤矿冲击地压很容易在极广的范围内发生大量破坏，同时也会让矿产出现大能量地震，这一现象主要是应力集中以及动载扰动叠加所导致的。

1冲击地压类型和发生机理

1.1冲击地压类型

根据有关专家调查，可以知道根据冲击地压位置和影响因素差异，将冲击地压有效地分成四个种类。第一个种类就是煤柱型冲击地压，这种冲击地压的破坏方式，主要是把煤柱的压力破坏，并且将底板突然之间鼓起来形成的，在冲击力产生的时候，将煤柱的静载应力作为造成冲击地压的主要形式，之后产生矿震震动，以及应力波扰动而产生煤体冲击地压的应力，一般来说都是垂直应力，同时巷道底板也会被水平应力附加，由帮部中的垂直应力在底板处转变而来的，水平应力双重作用。第二种是褶曲构造型冲击地压，一般来说这种类型的冲击地压其主要破坏方式是底版瞬间鼓起来。主要是将煤体集中静载应力作为主要形式之后，加上巷道振动应力波出现扰动而导致的帮部煤体中，一般来说都会受到垂直应力和因为底板水平应力在帮部煤体中转化出的垂直应力作用。第三种是坚硬顶板型冲击地压，这种冲击地压一般来说都会产生煤岩体剧烈的震动，底板会瞬间鼓起，煤帮也会被大量破坏。第四种是断层型冲击地压，这种冲击地压主要的破坏方式是煤岩体强烈的震动，底板会瞬间鼓起，煤帮也会被破坏，在冲击力源上，主要是因为断层活化而引起的震动应力波作为主要形式。

1.2冲击地压的因素

冲击地压的形式都是因为煤岩体中的静载应力，以及矿震动载应力同时产生一定的因素而导致的。这二者之间的差异及主要发生原因，就是因为静载应力以及动载应力在发生过程当中，所产生的力量大小有一定的差异。所以，可以知道冲击地压是煤矿采掘空间周围的媒体中，静载以及矿震叠加，超过一定的范围就会让煤体出现破坏，而使得煤岩体当中的弹性和振动波输入量用于媒体破裂耗散。

2冲击地压影响因素分析

冲击地压会对煤矿安全生产造成较大的威胁，要有效治理冲击地压，首先必须要全面、准确地对相应的影响因素进行分析，认识冲击地压的诸多影响因素。

2.1地质因素

a）采深。煤岩体自重应力会随着开采深度的增加而不断增大。如果持续增加开采深度，煤体会因承受的重力作用超出其所能承受的最大值而导致破坏，从而出现冲击地压。所有可能出现冲击地压的煤层在开采技术不变的情况下，都存在冲击地压发生的临界值。发生冲击地压的概率伴随着开采深度的增加而不断提升，同时出现冲击地压的强度及次数也会随着开采深度增加而增大。

b）煤层性质。出现冲击地压的位置都有一定的特征，如松软的煤质、紊乱的层理等。构造煤在构造应力作用下产生一定的变形，造成应力集中;构造煤的渗透性相对较差，瓦斯容易积存而在该层内形成较高的瓦斯压力;构造煤的强度较原生结构煤明显要低，抵抗外力破坏的能力也相对较弱，容易发生破坏和压出。

c）地应力。研究表明，无论是垂直应力，还是最大或最小水平应力，开采深度越大，其值越大。

2.2开采因素

a）相邻巷道地应力分布。2条相邻巷道间的距离包括水平距离和迎头滞后距离，当2条巷道间的距离较近时，任何一条巷道的应力分布发生变化，另一条巷道应力的大小和分布也会发生一定的变化。通常情况下，把巷道开挖产生的应力大于原岩应力20%的范围称为掘进影响带。因此，相邻巷道布置时应避开彼此的掘进影响带。

b）巷道间煤柱稳定性分析。巷道掘出后，护巷煤柱表面的压力分布会发生一定的变化，煤柱一定深度范围内形成支撑压力带。受采掘影响，煤柱会产生较大的震动，煤壁表面及内部受此影响而发生破坏。影响煤柱稳定的因素主要包括煤柱所承受的载荷、煤柱发生塑性变形的范围和煤柱自身强度。

3钻孔卸压防治冲击地压的技术应用分析

利用钻孔释放压力是减轻冲击地压带危害的一种有效方法。卸压钻孔施工完成后，钻孔周围的煤岩体因存在应力集中现象而会缓慢地出现1个破碎区域。由于煤体破裂导致孔壁应力为0MPa，护巷煤柱的压力峰值会向深部围岩转移，这个过程会释放一部分煤岩体中的弹性能，从而达到减压的目的。卸压钻孔布置主要由孔深和孔径2个重要参数决定。

a）卸压钻孔孔径。卸压钻孔打出后，孔周围区域主要由破裂区、塑性区和弹性区构成。破裂区的应力比原岩应力小很多，它的主要作用是通过钻孔释放压力。由于塑性区和断裂区不断变大，导致煤体的变形增大而煤柱承载强度减小。如果钻孔壁围岩之间的摩擦力大于周围岩体的自重应力，就会发生塌孔，卸压钻孔的自由空间会被塌落的煤岩体填满，经压实使孔内各方向的整体受力平衡，各区域的状态相对稳定。

b）卸压钻孔深度。卸压钻孔应按照由低应力区向高应力区过渡的方式逐渐施工打设，并在施工过程中记录钻孔每前进1m所产生钻屑量、孔压等情况。钻孔深度应由煤层厚度及巷道护巷煤柱宽度共同决定，一般要求掘进工作面卸压钻孔的深度为煤层厚度的3倍，巷帮卸压钻孔的深度为采高的4倍。

结束语

实际施工过程中，应根据矿井的煤层赋存条件、特点对可能发生的冲击危险性进行分析，同时确定相应的治理措施，可采用钻孔卸压方式对巷道掘进迎头进行卸压;若钻孔卸压的效果不明显，应采取深孔卸压爆破方式进行治理。只有采取措施消除冲击危险后，方可进行采掘施工。

参考文献：

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（作者单位：黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司南山煤矿防冲大队）