深井煤矿冲击地压及防治措施机理研究

赵西坡 刘引召

摘要：冲击地压是采掘空洞围岩积聚的弹性势能的突然释放，常导致围岩抛射、工程结构破坏，甚至人员伤亡。在较强的应力作用下伴随冲击波及震动，也称为煤爆。矿井冲击地压发生有明显特征，需要及时进行防护措施。鉴于此，本文分析探讨了深井煤矿冲击地压及防治措施机理，以供参阅。

关键词：深井煤矿；冲击地压；防治措施

随着开采深度的加深，深井煤矿开采中的冲击地压现象出现次数增多。冲击地压是指在一定条件下，由于煤岩的动力释放现象，在巷道或工作面周围产生的高弹应力，由于弹性能量瞬间的释放从而对矿井造成极大的破坏，其往往伴随巨响，抛起煤岩，对开采空间和配套开采设备造成极大破坏，导致矿井部分坍塌，从而在深井表面造成局部地震。

1矿井发生冲击地压时的特点

（1）危险性。冲击地压根据破坏程度可分为三类：①轻型，采掘设备轻度破坏，可不停产同时维修设备；②中型，采掘设备损坏严重，支护构建完全破坏，必须中断生产；③重型，工程结构完全破坏，需更换新的支架，并影响到其他工程结构。（2）普遍性。自然条件下，冲击地压发生在除褐煤以外其他所有煤种。地质构造上，煤层薄厚、地质条件简单复杂、倾角大小和煤层开采深度大小都会发生冲击地压。生产技术条件上，长壁式采煤法等大量开采工艺都出现过冲击地压。（3）多样性。冲击地压表现的现象都有深部冲击、浅部冲击和煤爆等。深部冲击出现在煤层深部，声音沉闷；浅部冲击出现在煤层浅部煤壁6m以内；煤爆表现为煤壁破裂并抛射出小块煤体。（4）突发性。无预兆且时间短暂，一般几十秒以内。

2冲击地压防治措施

目前，我国矿井的冲击地压防治措施主要包括：钻孔卸压技术、爆破卸压技术、煤层注水技术、SOS微震监测和支架载荷监测。（1）钻孔卸压技术。当煤矿在高地应力环境下回采时，通过向煤层及顶底板钻孔的方式，破坏钻孔附近的煤岩体，释放煤层及顶板内所积聚的弹性势能。同时，钻孔还可以将岩体内的高应力进行转移，降低冲击地压的危险性。在井下进行钻孔作业时，要根据实际情况选择相适应的钻机，按照规定进行打孔，钻孔呈单排分布，控制孔深到顶底板的有效距离，既达到了卸压要求，由能保证钻孔作业安全。（2）爆破卸压技术。爆破卸压技术就是在高应力煤层中进行定点爆破，当煤层中的弹性势能还不高的情况下，提前诱发冲击。卸压爆破后还会使煤层内产生大量的裂隙，改变了附近的力学结构，降低了附近煤体的弹性能量和弹性强度。爆破卸压后，可以通过钻屑法进行检测，判断卸压是否达到要求。（3）煤层注水技术。煤层注水技术是一种有效的冲击地压防止措施，由于煤层本身就存在一定的透水性和孔隙，对煤层进行注水后，改变了煤层的结构和物理性质，降低了煤层的强度和继续弹性势能的能力，增加煤层附近塑性区范围，同时还能起到工作面降尘的效果。（4）SOS微震监测。SOS监测系统由井上、井下监测硬件和后处理软件构成，通过之间的相互配合，监测井下动压情况。当井下的煤岩体受到采动影响之后，會释放一定的能量，即煤岩体在破坏的过程中通过较低频率（f<90Hz）振动波释放能量所造成的震动效应。现场应用结果表明，SOS微震监测系统可以对8km范围内的危险源进行监测。微震监测法的主要优点有：监测范围广，且定位精度较高；实时监测，节约了相应的人力物力。主要缺点是前期投资较大，监测点的布置受开采位置影响较大。（5）支架载荷监测。随着科学技术的发展，互联网技术在煤矿开采领域的应用越来越广泛，研发出一套液压支架载荷自动监测系统，实时了解液压支架的受力情况，并绘制支架受力曲线图，当受力出现异常时，则冲击地压发生的概率较大，应提前采取措施，避免造成冲击地压事故。（6）合理部署开采。井下开采尤其是深井开采中，新工作面或新区段要注意优化开采顺序，避免形成多侧采空区煤柱再回收。合理有效地将回风平巷建设成沿空掘巷，若回风平巷满足不了生产需求时，应在煤体边缘掘进新巷，不能在应力集中峰值的位置进行补掘。采煤时多采首煤层和上部煤层，尽量不留或少留煤柱。没进行相应的技术措施前，不能在压力峰值区域开掘巷道或在同组煤层底部开掘巷道。在深井开采中，上下山开采多用跨采并布置岩石上下山，避免留设采空煤柱，而且两侧同时开采是冲击地压易产生的重要应力条件。柱式体系开采法尤其是房柱式回收煤柱，是深井开采不宜使用的开采方法。（7）减少作业空间的应力集中。一些具体的措施可以减少冲击地压对工作环境及设施的破坏，如加强工作面以增加开采强度，减少重操作部分和采取可折叠支撑设备以提高支撑应力集中系数，同时加强控制周围岩层的变形并降低岩爆，以使底板巷道破坏速度减慢。严格检测安全措施，实施高标准技术规格，以防止在爆破时引发出冲击地压，产生岩爆。

3冲击地压的防治机理研究

冲击地压的防治问题是岩石力学研究的内容，这是国内外许多科研人员的重要工作，特别是冲击地压的形成过程，是近几十年众多科学家研究的焦点性问题。从20世纪80年代开始，国内外的专家们将目标转向了生产实践。通过多年的努力，我国在冲击地压有限部分的数值模拟、非线性冲击的控制机制、综合预防和控制深孔爆破的方法措施等领域取得重大发展，结合煤岩破裂应力测试、分析有限部分回声发射技术及微震监测系统等国际顶尖技术，我国对冲击地压的控制研究与应用已有了长足发展。我国对冲击地压的防治机理一是优化采矿技术进行，运用先进的采矿技术，尽量避免冲击地亚的发生；二是对已经发生的冲击地压破坏的地区进行整改，改变岩层的物理性质，加大弹性，减少冲击；三是加大支护力量强度，进而提高支护体抵抗冲击的能力。

4结束语

防治冲击地压产生的根本措施是改变产生冲击地压的条件，然而由于矿井煤岩复杂的地质构造和生产技术条件的限制，我们还无法准确预测冲击地压发生的时间地点，因此总会出现发生冲击地压的危险区域。所以，解除冲击地压危险的措施和防护措施尤为重要。

参考文献：

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[2]张智勇.煤矿冲击地压发生机理及治理方案研究[J].山东煤炭科技.2017（11）.

[3]于正兴，姜福兴，李峰，朱权洁，魏全德.深井复杂条件下冲击地压主动防治技术[J].煤炭科学技术.2015（03）.

（作者单位：兖州煤业股份有限公司南屯煤矿）