大采深厚煤层复杂条件下冲击地压防治技术

刘恒

摘 要：深部矿山开采时，的矿井动力灾害对安全生产的影响范围逐渐增大，动力灾害事故的方式频率和危害程度也相应增加。矿山动态灾害的主要表现形式是冲击地压，充分认识其机理，并采取有效预防措施对矿山的安全发展具有重要意义。

关键词：煤矿；冲击地压；防治技术

1 前言

煤矿冲击地压是指在开采过程中大量弹性能的煤或岩体的积聚而瞬间产生的巨大能量，产生破坏，与其他开采过程中出现的灾害相比，冲击地压具有更大的破坏性和危险性，并且为没有明显的灾害预兆，具有突发性和偶然性。对冲击地压产生的原因分析就显得尤为重要，提出有效的预防措施也同样变得极具现实意义。

2 冲击地压及其破坏机理

冲击地压又称岩爆，是煤矿开采过程中高压力条件下巷道和采煤工作面周围煤岩体变形能的释放，导致煤岩体突然破坏、坍塌或抛掷。巨大的声音和岩石振动经常导致支撑倒塌，巷道拥堵和人员伤亡，对安全生产构成巨大威胁。冲击地压的特征是突然性，瞬态振动，巨大的破坏性和复杂性。当煤和岩石受采矿影响时，局部压力状态从原始压力状态变为二维或一维状态，巷道或工作面周围的压力将减小，煤体逐渐变脆，内部结构被打破。此时，煤岩体由于内部损坏而具有弱表面，煤和岩体中积累的能量高度集中在这些弱表面上，压力从平衡到动态发展。一旦受到干扰，平衡就会被破坏，积累的能量被释放，煤和岩石的破碎造成冲击压力事故。目前，对冲击地压机理的认识主要包括：强度理论、能量理论、冲击趋势理论、刚度理论、冲击岩压力不稳定理论和“三因素”理论。

3 冲击地压发生的条件

对地面压力影响的外部原因是高压力条件，地压是强弹性势能的积累。内部原因是煤体可以储存能量并在其受压后立即释放。

3.1 煤层冲击倾向性

大多数影响地面压力的煤层都有撞击的倾向，但某些煤层中没有撞击倾向也会受到冲击压力。煤岩的影响趋势受煤岩结构、地质异常条件、煤岩压力状态和开采影响等因素的影响。

3.2 断层和褶曲

导致地面压力发生变化的另一个主要地质因素是地质构造，例如断层和褶皱。冲击地压发生受倾斜轴线的影响，特别是构造带、断裂带、煤层倾角带、煤层褶皱和构造压力带的影响。不同类型的断层也与冲击地压的发生有关。地质构造控制的冲击地压分为加压和减压两种类型。当工作面发生反向故障时，工作面受压，容易产生较强的地面压力；当表面超过正常值时，它被减压并且没有冲击压力。

3.3 上覆岩层状况

覆盖层的状况也是影响冲击地压发生的重要因素。受采矿影响，由于硬顶无法及时坍塌，大面积的悬顶导致压力和能量积聚，从而形成动态载荷引起的冲击压力。

4 煤矿冲击地压的有效防治技术分析

4.1 煤矿压力预测

煤矿预测主要是检测煤炭倾向压力的预测，对周围煤炭岩石的硬度进行检测，从煤炭内部所产生的各种介质及其破坏能力、属性上着手考虑，这也是目前应用最广的预防技术。北京岩石力学开采实验室试验中已经证实了，有一些煤矿本身就具有很强的冲击地倾向性。煤矿冲击倾向是可以通过实验检验出结果的，在开采之前实地测绘，实验分析，能够在后续的开采作业中带来很大的安全系数。通过钻屑法[1]在煤体中钻孔，根据煤粉量及其变化规律达到一系列的探测目的，降煤层中潜在的冲击危险划分等级，为下个工作环节做铺垫。

4.2 钻孔卸压技术

钻孔卸压是指在煤矿开采的高应力环境下，利用每层的弹性来破坏钻孔附近的煤体或岩石。从而让煤层能够释放能量，达到消除冲击危险的一种手段。钻孔卸压以释放煤层压力和高应力为手段，适合煤矿开采过程中操作，同时还能通过钻孔转移岩石的的高应力向其他泄压岩体。值得注意在于，钻孔需要根据实际情况选择钻机，钻杆的长度和钻头的直径都需要满足做作业需求。打孔深度按照规定保持在有效距离，把握好孔深距离底板的有效距离，钻孔需要排列成单排布局，严格把握各种钻孔参数，既能达到泄压的目的，又能保障钻孔作业的安全。

4.3 卸压爆破技术

卸压爆破石指在高应力的煤层中实施定点爆破，提前引发冲击，以消除开采过程中的冲击危险。卸压爆破主要的作用还是使煤层爆炸产生大量的裂隙，使周围煤层的力学结构发生变化，降低弹性强度和弹性能量，使冲击地压发生的强度和能量都大大降低，扩大应力的释放范围，降低应力的集中程度和释放速度，使爆破局部避免冲击地压的危害。但是卸压爆破技术需要事前事后都具有完善的准备工作，事前调查是否需要爆破，然后进行钻屑法检测，事后需要反馈，检测是否达到泄压效果，是否消除了安全隐患。爆破法使用方便、快捷。

4.4 煤层注水技术

煤层注水是一项非常有效的解决办法。煤层本身就具有一定的孔隙和透水性，通过注水可以改变煤层物理学性质，改变煤层结构，降低煤层强度，降低煤层积蓄弹性，增大煤层塑性，同时还可以降尘，进而解决冲击地压发生的危险。顶板注水和压注化学溶液是最常见的两种方式，注水过程中要科学合理的安排注水时间，煤层是否适合注水卸压也要做到检测确定，以保证注水的泄压效果。煤层注水最大程度上使用机械，在危险区域外作业，极大限度的保障了工作人员的人身安全。

5 改善和加强防冲工作

5.1 积极开展冲击地压基础研究

目前，虽然冲击地压的机理还不是十分清楚，但评价冲击危险性的主要方法还是綜合指数法。综合指数法中采用的地质影响因素（煤矿开采深度、上覆裂隙带内顶板坚硬厚层岩层距煤层距离、开采区域内构造应力集中程度、顶板岩层厚度特征参数、煤的单轴抗压强度和煤的弹性能指数差别不大）和开采技术影响因素（采煤方法与工艺）在同一矿区内非常近似，行业主管部门或其它机构牵头主导，集中矿区的财力、物力、人力，以一个矿区为研究对象，联合高校及科研院所，开展地质与开采条件基础研究，探索防治方法，提出防冲方案，既可节约研究成本，也可以将研究成果普遍推广。

5.2 大力培养防冲专业技术人才

目前从事冲击地压工作人员的专业学术背景参差不齐，有的甚至是非煤矿专业学历，提高全省煤矿防治冲击地压水平必须有一批掌握冲击地压理论和防治知识的人才队伍。应与国内从事相关研究与教学的高等院校合作，选派基层从事冲击地压工作的、有事业心的人员脱产学习，协商教学计划，从煤田地质学、岩体力学基础教学开始，系统地学习冲击地压相关理论，安排一定的实践教学，储备人才，选拔出一部分防冲专家。

5.3 勇于探索灾害耦合同防共治机制

随着开采深度的增大，煤矿灾害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，冲击地压事故起数逐年上升，诱发瓦斯事故起数也在增加，单打独斗的灾害防治措施往往顾此失彼。例如，在确定区段煤柱宽度时就遇到这样的矛盾，从防冲角度考虑，煤柱越小越好，甚至无煤柱开采；从防止煤炭自燃、防水角度考虑，煤柱必须有一定的宽度。再如，在抽放本煤层瓦斯时，施工的瓦斯抽放孔能不能作为下一步的防冲卸压孔，如何确定孔径，如何衔接时间，才能事半功倍等等，鼓励在《煤矿安全规程》规定范围内，探索多种灾害同防共治机制，提高灾害预防水平，保障煤矿安全生产。

6 结束语

煤炭开采过程中冲击地压造成的影响与危害都是巨大的。因此，要根据煤炭开采现场实际情况，制定出行之有效、具体、安全的计划，科学合理的防止冲击地压事故发生，有效的保障煤炭开采工程的安全，促进煤炭开采事业的顺利进行，创造煤炭开采事业安全发展的局面。

参考文献：

[1] 刘金海，杨伟利，姜福兴等.先裂后注防治冲击地压的机制与现场试验[J].岩石力学与工程学报.

[2] 李彭波，邓强，孟令琪.煤矿井下冲击地压防治技术与现场应用[J].山东煤炭科技，2017（4）：49～50+52+55.