探讨厚矿层冲击地压预测分析和支护技术

安党佳

（陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713602）

我国的矿产中深井开采较多，而深层的矿产中发生冲击地压的概率比浅层矿产更高，冲击地压不但会损坏采矿的设备，使矿道变形，严重的还会对人身安全造成威胁，因此研究对冲击地压的预测和支护技术，以减小冲击地压带来的损害，对于保障我国矿产的安全生产有着重要意义。

1 冲击低压发生的条件

开采时，压力的形成原因是多种多样的，主要是外部因素，在强弹性势能不断累计的情况下形成地压。由于岩体可以利用自身来储存能量，因而在遭受更大的压力或者出现突发性事件时，便会释放出已储存的能量。

矿层冲击倾向性：一般情况下，对于矿层而言，在其收到压力时，均会出现撞击的情况，但是也会有一部分矿层在未收到撞击时产生冲击压力。总而言之，岩矿的结构以及地质条件的异常、岩矿的压力等因素，均会对岩矿产生不同程度的影响。

断层和褶曲：整个开采的过程中，地质结构也会对地面压力产生重要影响，最常见的包括断层、褶皱等现象。倾斜曲线一旦发生改变，便会对冲击地压产生影响，进而出现压力，并且冲击地压的发生也与断层具有很大关系，特别是断裂带与矿层倾角带来的重大影响。一般来说，地质对冲击地压进行控制的过程中，主要可以划分成两种类型，第一种类型是加压，第二种类型便是减压。

上覆岩层情况：是影响冲击地压发生安全隐患的一种主要因素，在采矿的过程中，因硬顶可以承受一定程度上的压力，因此不太可能出现瞬间坍塌的局面。但是，一旦在很长一段时间内累计压力与能量，且在出现大面积增加的情况，那么在硬顶压力无法承受这些压力之时，便会形成动态载荷导致强大的冲击压力。

2 冲击地压预测方法

（1）钻屑率指标法。钻屑率指标法又称为钻孔检查法，其工作原理是在受压的矿层中，通过专门工具钻小直径钻孔，之后按照断裂量的改变针对性的钻深度不同的钻孔，之后再利用专业设备或者工作人员的专业性，对岩矿的压力分布进行准确判断，并根据判断结果合理的寻找冲击地压的位置，进而最大可能的降低安全隐患的发生几率。若在钻孔期间中单位排粉量超过限制或者出现动力效应，则是应力集中程度高，冲击危险度也会相应的提高。

（2）微震探测法。微震探测法主要是监测声音信号，工作人员在地下采掘时，会导致岩矿体出现破裂，进而产生的声音信号，通过收集这种声音信号，便能够对岩体的破坏以及发展趋势，展开分析与判断，在此基础上，对冲击地压实现精准预测。与其他类型的监测系统相比，微震检测系统的优势在于，其可以实现时间上的连续监测，并且在空间监测上，也不再局限于某一点或某一条线的检测，而是能够实现对一定三维空间的检测[1]。

（3）地音探测法。地音监测法也是一种连续的动态化的系统监测方法，一般情况下，需要在监测地点事先布置好若干个地音探头，利用地音探头便能够实现对多个监测区域的同时监测，之后再利用监测装置对地音信号进行收集，在经过数据处理与分析之后，再进行图表的绘制，以及报表的统计，最后对该监测区域的冲击危险性进行准确评价。

3 冲击地压支护技术

（1）理论基础。通常情况下，构造应力、弹性变形等是导致冲击地压的最主要因素，此处所说的构造应力主要是指水平应力，这种应力会使得底板岩层受到一定程度额破坏，但是水流方向能够在一定程度上降低岩石缝隙中的摩擦力。站在动力学的角度分析，可以将受到冲击载荷作用的巷道围岩以及支付对应变为物理模型。

之后通过有限元软件与动力学展开分析，设计出一种新的巷道液压支架方法，主要是由顶梁、地梁-连杆，以及三根液压支柱组成。其中，这三根液压支柱的最大承载重量为6000KN，属于最主要的支架承载结构[2]。该结构能够显著增强支护系统的刚度，以此来增强支护机构的防护能力，进而提升围岩的抗冲击性能，为支护系统的安全性提供重要保障。

（2）支护阻力对冲击地压产生的影响。实际上，支护系统除了必须要具备一定刚度，还要具有一定的弹性支撑。站在动力学的角度分析，支护阻力能够显著减少围岩应力所带来的影响。因而为了尽可能的降低围岩应力带来的影响，应采取科学、有效的措施提升支护系统的支护阻力。具体来说，一方面，可以通过注入泡沫金属材料的方法提升支护系统的阻力。经过实验可以总结出，注入多孔金属泡沫材料能够显著增强支护阻力，提升支护效果，这一方法在冲击地压巷道支护中也具有较好的应用效果。并且，材料中的硅含量越高，材料的强度越高，与此同时其最大的抗压压强能够达到5MPa上下，在载荷试验中，强度也会不断提升。另一方面，采用增强吸构提升支护阻力的方式。在屈曲理论的基础上分析，目前存在一种结构特殊的吸能构建，一般称之为曲壳折棱管。该结构属于薄壁的金属器件，轴向载荷时既存在自身结构发生定向结构屈服变形的情况，同时又存在吸能与让位增阻的特点，在变形之后也会比较稳定。

（3）防冲吸液压支架。通过前文分析，可形成以支架为主的支护顶板，其具有以下几方面特征：①能够调节承载峰值，在不同支护状态与条件下，能够通过设定一样的承载力，来满足整体承载需求，而当冲击载荷大于设定值时，折棱管便会立刻变形，以此来起到增加阻力的效果，尽可能的降低冲击力对支架结构的影响。②变形让位行程较长，因其自身具有很大的变形量，能够缓解支架产生的冲击载荷，释放冲击能力。③反作用力的稳定性。此种支护顶板自身的结构变形中，具有非常稳定的反作用力，能够显著增强围岩的稳定性，进而降低因让位而出现的直接结构变形这一问题。

4 结论

随着我国经济发展速度的不断提升，矿产的需求量日益增加，这便导致矿产开采力度的不断增加，开采深度不断加深，严重增加了矿压动力隐患，严重威胁着矿井安全。在本文研究中，主要介绍了冲击地压发生的条件，一是矿层冲击倾向性，二是断层和褶曲，三是上覆岩层情况，同时分析了冲击地压预测方法，包括钻屑率指标法、地震探测法以及地音探测法，在此基础上对冲击地压支护技术展开了深入研究，首先对冲击地压矿井巷道支护的理论进行了分析，之后研究了支护阻力对巷道冲击地压带来的影响，并在最后对防冲吸巷道液压支架的应用展开了简单研究，具有一定的实践应用价值，能够为冲击地压矿井巷道的支护质量提供根本上的保障。