煤矿冲击地压发生机理与防治技术的研究

刘庆来　满操

摘 要：冲击地压是当前煤矿开采中主要的灾害因素之一，对于其形成机理及防治措施的掌握，将有效的保证煤矿开采中的施工及人员安全，提升煤矿产业的生产效率。同时，随着煤矿开采行业的不断发展，其开采所需的技术要求也逐步提高，冲击地压作为煤矿领域的难题，必须予以有效的解决，并在煤矿开采的过程中不断进行技术应用，随时掌握矿井煤层的变化，加强对安全风险的防控能力，以保证煤矿开采企业免受冲击地压灾害的影响，提升我国煤矿开采的技术水平。

关键词：煤矿冲击地压;发生机理;防治技术

1 国内煤矿冲击地压基本特点

在我国，煤矿冲击地压出现于回采工作面的情况较少，出现于回采巷道、掘进巷道的情况较多，其原因是综放开采法推广和应用以后，综采的支架可以对冲击低压产生的动载进行抵抗，岩巷的煤矿冲击地压一般表现出岩爆的形式，比如徐州庞庄煤矿。近些年，含瓦斯煤层也频繁出现煤矿冲击地压，例如，我国有多个矿井由于异常的瓦斯涌出而产生煤矿冲击地压，这些矿井包括阜新孙家湾、兖州北宿等，同时，我国鹤岗南山、平顶山十矿等礦井出现煤矿冲击地压后诱发出大量的瓦斯和煤，这些都是我国冲击地压的特征。

2 煤矿冲击地压的发生机理

通常，煤矿冲击地压的发生都是有一些条件的，是煤层以及应力等共同影响的结果。冲击地压出现的主要条件是煤岩体，具备较强的冲击倾向性。煤岩体积累的弹性应变能可以释放的足够空间是发生冲击地压的前提条件，而出现冲击地压的诱发条件是煤岩体积累能量的应力加载。必须要兼具以上这些条件，才有可能出现冲击地压。结合煤岩冲击失去稳定性的物理特点，可以将冲击地压划分为三大类，一是岩爆型冲击地压，二是顶板垮落型冲击地压，三是构造型冲击地压。首先，岩爆型冲击地压主要是指煤岩体一直积累弹性应变能，在能量上升到煤岩的最大承载力时，煤岩就会出现瞬间爆炸的情况，其具体表现是弹射以及抛出媒体。然后，顶板垮落性冲击地压，主要是指推过回采工作面后，上部较厚而硬度较高的顶板始终没有垮落，在悬顶面积达到规定的数值时，顶板瞬间出现折断而造成的冲击波强烈性损坏。最后，构造型冲击地压通常出现在构造条件相当复杂的地质环境中，因为构造应力过于集中导致的煤岩失去稳定性冲击损坏。从外，结合不同的出现位置，能够将冲击地压划分为两大类，一是掘进冲击地压，二是回采冲击地压。首先，掘进冲进地压通常出现在巷道掘进中，与巷道的布局位置以及布局方法存在联系。其次，回采冲击地压出现在回采工作面的推进中，一般和回采工作面的回采时间以及长度存在联系。

3 煤矿冲击地压的监测技术

3.1 围岩变形监测技术

由于煤矿开采的纵深推进，会逐步导致其巷道产生大量移动和变形，最突出的表现是煤层顶板出现下移，致使矿井内通风、运输及行人造成显著的影响。通过实践表明，当矿井巷道形变增加大，说明煤层岩质较为松软，煤体的刚度也相对较小，此情况下不易发生冲击地压灾害。而当巷道形变量变小时，则表明煤体刚性强，发生脆性破坏的概率也随之增加。此时的煤层内部所蕴含的能量相对比前者更为巨大，由此可判断其发生岩爆的可能性大大增加，因此矿井巷道形变量是有效预测冲击地压的重要方法。

3.2 钻屑技术

钻屑技术是在预测煤矿冲击地压形成的有效方法，它主要是通过在煤体中进行钻孔，在不同的位置提取煤粉量，以掌握煤体的变化规律并进行监测。一般情况下，当不同深度的煤粉量超过其极限值时，将极可以发生冲击地压，而如果钻孔深度是煤层开采深度的倍时，则发生冲击地压的可以性大大减小。钻屑法由于受到很多限制，且对于操作技术要求较高，其实施相对困难，但不失为一种有效的冲压地压监测方式。

3.3 电磁辐射探测技术

电磁辐射探测是基于现代科技的一种监测方法，它依赖于对煤岩体特变化所产生的辐射特征进行判断，进而对瓦斯风险、冲击地压等矿井灾害进行监测[2]。电磁辐射探测技术会在煤矿的开采中对煤体的变化进行密切的监视，对煤体及瓦斯的电磁信号进行充分的分析，当电磁信号变强时，将增加发生岩爆及冲击地压的可能性。

4 煤矿冲击地压防治技术措施探索

4.1 开采解放层

依据煤层的分析及贮存特点，煤群之间会存在相对联系性，当一个煤层开采完毕后，能够使相邻煤层获得一定时间段的卸载，也就是弹性能量的释放，也被煤矿开采行业称为开采解放层。对于解放层的开采应当选择无冲击倾向，或者冲击地压倾向较弱的煤层进行，并在开采的过程中加强对开采时间及空间的把握，避免在开采的过程中留设煤柱，在开采解放层的过程中既可上行开采也可以下行开采。实施开采解放层后，被解放煤层的开采时间一般为2年。同时，对解放层的开采需要进行大量的验证，在条件允许和必要时进行三维模拟，以确保开采的可靠性。

4.2 卸压爆破

卸压爆破针对的主要对象是已经形成冲击危险的煤体，以通过爆破的方法使应力集中的效应减缓。在广泛的实践中表明，卸压爆破被普遍的应用于煤矿冲击地压的治理中，其有效性也得到了广泛认可，它具有快速反应的特点，是现场解除危机的有效手段。

4.3 煤层注水

煤层注水是一种超前的煤矿冲击地压防治方法，通过对煤体进行预注水以改变煤体的物理力学性质，以有效的降低发生冲击地压的风险，也是一种较为有效的防治措施。对煤层的注水可以利用液压钻机施工法进行，孔径为75-80mm，并依照不同煤层的特点及条件选择15m的湿润半径，孔间距13m为宜，孔深25-40m，封孔长度一般为10-12m，注水压力值6-12mpa。对于超前注水防治措施的应用，必须要掌握煤层工作面开采的特点，对吸水性好的煤层要提前1个月，对吸水性差的煤层要提前2-3个月，并且在注水的过程中要不断提高水压，进行中、高压注水，以保证对煤层起到软化效果。其标准为当煤层的含水量达到3%时，则煤层的冲击倾向基本得到消除。

4.4 钻孔卸压技术

钻孔卸压技术主要适用于高地应力的赋存环境条件下。通过对煤层进行钻孔，来起到对钻孔周围煤层储存的弹性势能进行释放，达到消除冲击危险目的。通过这样的钻孔技术，可以有效地避免应力集中的现象发生，起到地应力的重新分布，同时也可以使得高地应力向其他区域转移和释放。

4.5  增强巷道的支护

巷道在采煤过程中起到至关重要的作用，增强顶底板的加固方式是多元化的，主要有拱形支架支护以及顶帮网索支护等等，这样除了可以确保支护强度达标，还可以方便采煤工作的正常进行。在巷道加固工作开展前，必须要了解煤矿地质条件，重视预测以及监测，尤其是受到冲击地压干扰的地区，对各种巷道或者巷道的每个时间段，都必须要采取有效的强支护方法，这样在很大程度上能够降低冲击地压的出现次数以及强度。

结束语

近年来，随着我国煤炭资源逐渐向更深的地下开采，造成我国的煤矿冲击地压的事故畅游发生。根据相关部门的统计表明，目前我国的煤矿冲击地压事件正在逐渐的表现出了突发性、多样性、破坏性、广泛性、严重性等新的特点，并且发生概率也在呈现一个明显的上升趋势。在这一背景下，针对煤矿冲击地压的防治技术进行研究具有十分重要的现实意义。

参考文献

[1]杨光宇，姜福兴，李琳，李乃录，刘朋.煤矿冲击地压危险性的工程判据研究[J].采矿与安全工程学报，2018，35（06）：1200-1207+1216.

[2]高伟林.煤矿冲击地压发生机理及安全防治措施[J].内蒙古煤炭经济，2018（20）：110+117.

[3]杨亚帆.煤矿冲击地压发生机理及防治措施[J].内蒙古煤炭经济，2018（19）：21-22.

[4]谢涛.煤矿冲击地压的特点与防治策略[J].内蒙古煤炭经济，2018（16）：103-104.