深部开采冲击地压的特征及钻孔卸压技术分析

贺斌

【摘 要】在煤体中合理布置卸压钻孔形成弱化带，破坏煤体的承载结构，引起煤岩体发生相对滑动，使煤体中应力平衡区范围显著增大，极限平衡区煤体应力大大降低，破坏了其发生冲击地压的应力条件，同时卸压后的煤体对深部煤体和巷道顶底板中发生的动力显现起到吸能保护作用，降低了深部煤岩体失稳对巷道表面煤岩体的影响，从而防治冲击地压的发生。

【关键词】深部开采;冲击地压;钻孔卸压技术

前言

随着采场空间围岩应力分布日趋复杂，冲击地压灾害发生日趋严重。对于局部性的解危措施主要包括煤层卸载爆破、钻孔卸压、断顶爆破等。由于具有施工简单、对地质条件适应性强等特点，钻孔卸压在冲击地压防治中得到了广泛应用。

1我国煤炭深部开采冲击地压特征

1.1深部开采冲击地压发生时空特点

我国浅部冲击地压主要受坚硬顶板影响，特点单一。深部开采冲击地压更为复杂，更为隐蔽，比如从发生地点来说，我国深部开采冲击地压在开拓大巷、采区巷道、永久硐室、回采工作面、临空回采巷道、实体煤回采巷道、掘进工作面、掘进工作面后方巷道都有发生;从发生时间上来看，有触发即时性冲击、也有时滞性冲击、初采期、末采期冲击;从显现特点来看，以底板鼓起为主，伴随两帮收缩，顶板下沉。

1.2深部开采冲击地压防控难点

近年来，我国煤炭深部开采，尤其是近800m采深的特厚煤层矿井，除了常见的动静叠加型冲击地压外，出现了一些新现象，即纯静载荷自发型冲击。此类冲击地压发生区域往往为巷道基础静载荷充足区域，深部开采冲击地压防控难点主要有以下几点：

（1）埋深大，由重應力、水平应力构成的基础静载荷充足，冲击地压发生门槛降低，防控范围点多面广，新建矿井开拓期间大巷就能发生冲击。

（2）与浅部相比，地层结构复杂，远场高位覆岩结构调整，近场低位顶板垮断，都可以提供冲击动载荷源。

（3）煤层埋深大，传统卸压方法，应力恢复快，卸压时效短，需要强卸压、勤卸压施工，卸压过程中冲击地压伤亡事故频发。

（4）受“压、剪、挤、推”连续作用，87%巷道底板大变形、冲击剧烈，成为能量释放通道，底板冲击显现难以解决。

总的来说，我国煤炭深部开采冲击地压特征表现为发生门槛降低，冲击显现位置点多面广，发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大，防治范围扩大，应力恢复快，高强度、长时效卸压要求突出。

1.3我国深部开采冲击地压主要类型

（1）深部动静载叠加型冲击地压

深部动静载叠加型冲击地压主要发生条件是，由于埋深较大，一般超过650m，自重应力及水平构造应力较充足，但是即使在各种局部静载荷叠加下仍达不到冲击启动的临界载荷，在外界小的动载荷扰动下就能导致冲击地压显现。

（2）深部高静载加载型冲击地压

深部高静载加载型冲击地压，加载过程是材料失稳，导致工程结构体结构动力失稳的结果。其主要特点是，在无外界动载荷参与条件下，采掘巷道围岩极限平衡区内静载荷缓慢积聚，而巷道围岩强度不可避免的劣化，长期强度降低，缓慢积聚的集中静载荷达到极限时，爆发动力冲击。

（3）深部高静载卸荷型冲击地压

深部高静载卸荷型冲击地压，卸荷过程是结构稳定性遭到破坏，导致工程结构体材料动力失稳的结果。其特点主要是，采场或者巷道本身就处于高应力区域，并且已经达到极限稳定状态，只是处于三维应力状态约束环境，而一旦采动或开挖，造成空洞，能量释放的最小抵抗带不足，造成结构性失稳冲击。

2我国深部开采冲击地压新现象与案例

近年来，深部开采，尤其是近800m采深的矿井，除了常见的动静叠加型冲击地压外，出现了一些新现象：

（1）深部掘进巷道工作面无前兆性抛出性冲击，例如：2014年高家堡矿一盘区辅运大巷掘进工作面“11·13”冲击;2014年孟村矿主运大巷掘进工作面“6·5”冲击。

（2）深部孤岛综放工作面初采期间，工作面、两巷整体性冲击，例如：2015年赵楼矿1305孤岛综放工作面推进0.75m，工作面连同两巷超前支护段“7·29”整体冲击事故。

（3）深部掘进巷道滞后工作面20～600m发生无动载源冲击，例如：2011-11-03，千秋煤矿21221运输巷滞后掘进工作面50～450m发生冲击地压;2013-08-05，星村煤矿3302工作面上巷掘进工作面后方的已成型巷道内发生了严重的冲击事故，损坏巷道达150m;2018-10-20，龙郓煤业1303工作面泄水巷与3号联络巷贯通掘进发生冲击地压，造成掘进工作面后方348m巷道不同程度破坏。

（4）深部盘（采）区在用大巷发生无动载源冲击，例如：2017年高家堡煤矿一盘区3条在用大巷春节停产期间“2·3”冲击;2016年梁宝寺煤矿采区集中轨道巷和轨道巷交叉口处“8·15”冲击，周围没有采掘活动。

（5）深部回采工作面超前300m以远也发生无动载源冲击，例如：2009—2013年千秋煤矿21141综放工作面运输巷超前工作面600～900m段多次冲击。

3钻孔卸压防冲机理分析

3.1巷道煤体冲击地压发生机制

高应力水平是煤岩体发生冲击地压的必要条件，其在动力扰动作用下极易发生非稳定性失稳，从而诱发冲击地压。巷道开挖或者工作面煤体采出后，引起煤岩体应力重新分布，巷帮表面煤体发生破坏，并扩展至弹性应力边界，形成一定程度的应力集中。

3.2钻孔卸压防冲机理

由于孔边应力集中的作用，钻孔周围一定范围内的煤体应力大大降低形成卸压区，当在煤体中合理布置卸压钻孔，使各钻孔卸压区之间相互连接、贯通，形成一条弱化带，其破坏了煤体的承载结构，使煤体在顶底板岩层夹持作用下发生相对滑动，煤体与岩层的界面内摩擦角及粘聚力随之大大下降，煤体中应力平衡区范围显著增大，由此来尽可能避免冲击地压的发生。

结束语

总之，钻孔卸压使煤柱浅部煤体应力大大下降，并将应力峰值区域转移到煤柱深部，破坏煤岩冲击地压的应力状态，从而防止煤岩冲击地压的发生。

参考文献：

[1]齐庆新，欧阳振华，赵善坤，等.我国冲击地压矿井类型及防治方法研究[J].煤炭科学技术，2014，42（10）：1-5.

（作者单位：山西省阳泉市阳煤集团五矿）