巷道冲击地压防治技术的应用与研究

2015-03-25张校春

河南科技 2015年9期

张现张校春

（中国平煤神马能源化工集团平煤股份八矿，河南平顶山 467000）

在巷道挖掘的过程当中，冲击地压是承受着高应力的岩体或者脆性煤层超出承受极限，向自由空间瞬间释放大量能量的动力现象，并且还有突发性、巨大的破坏性。严重威胁煤矿安全，世界各国的煤炭科研工作者前前后后试验了很多卸压和消突技术措施，取得了不错的消突效果。

1 冲击地压的分类和显现特征

1.1 冲击地压的分类。几种冲击地压依照冲击显现的种类、放出的能量、冲击的源头有下面类型：依照冲击的岩体种类能够将冲击地压分成煤层冲击以及岩层冲击，煤层冲击指的是顶板的岩层在遇到高应力作用的时候会放出巨大弹性能将其作用在煤体，等到弹性能超过极限强度之后，煤体就会破碎，然后释放出其余的弹性能；岩体冲击就是高强度的脆性岩石快速放出弹性能，岩体猛烈、急剧地抛出［1］。

根据冲击地压放出的地震能大小分成灾害冲击、强烈冲击、中等冲击、弱冲击还有微冲击。微冲击就是在局部小范围当中的矿体震动以及煤岩抛出，包括有微震和射落。弱冲击是很少的煤岩体抛出而且产生局域的破坏，伴随着地震效应还有微小响声，但是不会造成严重的破坏。中等冲击属于猛烈、急剧的破坏，抛出很多的煤岩体，而且出现气浪导致巷道当中的支护措施移位的现象、少量的设备被破坏。强烈冲击能够导致巷道当中数千米范围内的设备被破坏并且支护措施也会遭到破坏，修复的工作会非常麻烦。灾害性的冲击可以导致一个水平的巷道甚至是整个采区出现坍塌，特别严重的还会导致整个矿井报废。

1.2 冲击地压的显现特征。大多数情况下冲击地压会使得煤岩体破裂，等到缝隙扩展以后，将剩余的能量经过岩、煤冲击到巷道进一步释放。因此冲击地压有着以下几个特征：第一是突发性，在冲击地压发生之前一般是没有显著宏观征兆的，非常多的冲击地压全是因为残留煤柱和地质结构带造成，会突然猛烈地发生但是持续时间很短暂，很难事先对发生时间、强度、地点进行准确的预判。第二是瞬时性，冲击地压发生的过程短暂而急剧，伴随着强烈震动以及巨大的声响，通常不会超过十几秒。第三是巨大的破坏性，在冲击地压的时候坚硬顶板断裂以后会有明显的瞬间下沉，但是通常不冒落；有的时候底板会突然鼓起开裂，很多煤体瞬间破裂并且由煤壁迅速抛出，使巷道堵塞，设备损坏，还有可能会伴有巨大的财产损失和严重的人员伤亡［2］。

2 煤矿冲击地压产生的原因

2.1 煤岩层结构的影响。导致冲击地压施工的工作面通常有两种结构，分别是硬顶-薄软层-煤层以及硬顶-硬煤-硬底。这两种地质条件是冲击地压出现的潜在原因。

2.2 地质结构的影响。冲击地压事故一般出现在褶曲、断层、煤层倾角变化带这些地质结构中，地质结构附近伴随着高应力，煤层开挖之后就出现了构造应力集中发生冲击地压。

2.3 开挖深度。伴随着开挖深度的增加，煤岩体储存的弹性能就会越来越大，直到超出了煤层的抗压强度极限。

2.4 支撑压力。煤层开采以后，在围岩和工作面煤体当中伴随着应力集中，会出现支撑压力。两顺槽超前范围之内承受比较高的支撑应力，周围采空区的煤体之中，还会受到侧向固定支撑压力的作用，尤其是两侧采空的煤岩体中，几种压力互相叠加导致煤体中应力集中，因此就更容易出现冲击地压［3］。

3 冲击地压治理技术

3.1 运用正确的方法开采，合理开拓布局。应当尽可能采区长臂采煤的方法后退式开采，运用完全垮落法管理顶板，在出现冲击危险时，首先采用开采保护煤层，合理安排煤层开采次序，避免出现“孤岛”工作面。

3.2 煤层卸压爆破和预注水。运用水的物理化学性质改变冲击煤层当中的物理力学的性质，将煤体的弹性、强度、结合力等降低，达到软化煤层的作用，将部分的高应力能量吸收，降低弹性能，避免冲击地压的出现。

3.3 强制放顶。强制放顶就是使用爆破等方法强制顶板垮落，以此降低煤体应力，在采空区当中用强制顶板垮落，深孔预裂爆破，减少顶板来压的强度，降低煤体支撑压力的分布范围。

4 冲击地压预测技术

4.1 矿压观测和宏观判断法。根据本矿地质条件以及开采情况，分析本区域当中冲击地压发展以及发生的趋势。使用液压枕、顶板动态仪、钢卷尺以及测力计等常规矿压观测的办法，观察和记录区域的片帮、板炮、顶板压力、顶板下沉量、采空区悬顶等矿压显现的现象，分析区域冲击的危险性。

4.2 微震和地音法。微震法一般是检测煤岩体当中出现的微小震动，然后对其进行分析，运用这种方法能够对冲击地压进行预报和预测。地音法就是在检测区域将地音探头布置好，通过检测装置自动连续地收集地音信号，经过实时处理和分析检测区域当中冲击危害的程度。

4.3 电磁辐射钻屑法和检测。研究表明，形变破坏、煤岩冲击变形值释放出的能量以及电磁辐射的脉冲数、幅值成正比关系。依照电磁辐射的信号强弱对冲击地压的危险程度进行判断。钻屑法指的是运用在冲击倾向煤层当中打小孔径钻孔的办法，根据打钻时煤层每米深度排除煤粉量的高低，还有相关的动力现象来预测冲击地压危险性。经过对钻孔煤粉量的大小进行测量来确定煤层的应力状况。