浅谈煤矿冲击地压的成因及防治措施

2019-12-20张学锐河南大有能源股份有限公司跃进煤矿

新商务周刊 2019年8期

文/张学锐，河南大有能源股份有限公司跃进煤矿

1 前言

有矿井工作经验的人们都很清楚，冲击地压和岩爆是煤炭开采行业普遍存在的灾害。从我国权威部门公开过的数据来看，仅在上个世纪的数十年间，我国煤矿企业有统计的冲击地压灾害就有四千余次之多，造成数百人死亡和重伤的情况，还毁掉了数十公里的巷道，造成了相当严重的经济损失。而在现实情况下，冲击地压往往会造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。鉴于此，冲击地压这一典型的灾害引起了科研人员的广泛重视，多年来对于冲击地压的防治也取得了一定的进展，呈现出了很多理论与实践成果。

2 煤矿冲击地压现象概述

冲击地压通常是在煤岩力学系统达到极限强度时，以突然、急剧、猛烈的形式释放弹性能，导致煤岩层瞬时破坏并伴随煤粉的冲击，造成井巷的破坏及人身伤亡事故。综合分析我国各主要矿井所发生的冲击地压现象可以看出，我国冲击地压通常可分为煤层冲击和岩层冲击（按参与冲击矿压的岩体类别划分），重力型、构造型、震动型和综合型（按应力来源和加载形式划分），弹射、煤炮、微冲击和强冲击（按显现强度划分），轻微冲击、中等冲击和强烈冲击（按震级及抛出煤量划分），一般冲击地压、破坏性冲击地压、冲击地压事故（按冲击地压的破坏后果划分）等多种类型的冲击地压。但进一步分析可知，无论是哪种类型的冲击地压现象，均是应力作用导致煤岩体突然破坏的结果，只不过应力的来源、大小和表现形式等要素的不同而已。因此，研究和防治冲击地压，重要的是如何监测煤岩体应力的大小与变化，如何控制煤岩体的应力。当然，煤岩体中的应力可概括地分为原岩应力和采动应力，原岩应力不能控制，采动应力可以控制。

3 冲击地压发生的构成因素和特点

3.1 冲击地压的分类及显现特性

煤矿冲击地压按产生的力源划分，可分为动型、构造应力型和动构造应力并有的中间型三类；按矿体变形破坏范围的大小划分，冲击地压可分为局部崩落和大面积爆发两类；按冲击地压发生的地点划分，又可分为巷道冲击地压和工作面冲击地压。冲击地压的特征是煤壁抛射性塌落，顶板下沉或底板撇裂，板炮频繁，煤体移动，弹性振动，设备震搬，煤尘飞扬，无明显预兆突然爆发，伴有巨大响声和地震，冲击风波引起构筑物损坏，易于出现较大损失和伤亡。

3.2 发生冲击地压的地质及开采条件

从现实情况来看，冲击地压的特点是煤质较坚硬，矿体围岩厚而坚硬，开采深度较大，采煤方法多数是沿倾斜推长壁、型、漏斗和房柱法等，少数是沿走向推进的长壁、短壁和刀柱法等，采空区处理方法多数是垮落法和多水平分区开拓。

3.3 冲击地压发生的地点及影响范围

冲击地压多发生在采煤工作面的材料道、地质构造带，残留岛形或半岛形煤柱、三面采空的孤立采面、支承压力升高区内。在煤壁前方130m、煤壁后方40m、煤层下限60m的范围内，是冲击地压多发地点。此外，影响冲击地压发生的开采技术因素有采煤方法、采掘程序、顶板管理、煤柱大小、放炮等。

4 防治冲击地压的指导思想

4.1 改变煤岩物理力学性质

此理念目的在于减少煤岩弹性压缩势能的积聚，提高煤岩塑性变形能力，降低煤岩的脆性，减缓弹性能量的释放速度。具体措施有向煤体内进行高压注水，打卸压钻孔、放震动炮、开保护层等。

4.2 避免或减少采掘空间围的应力集中

该指导思想目的在于减轻冲击地压破坏程度，具体的措施有适当掌握采面开采强度，降低集中应力系数加大巷道断面和支架可缩性，减少冲击地压所引起的巷道围岩变形破坏加强巷道底板控制，减缓巷道底鼓严格执行放炮安全措施，防止放炮诱出冲击地压而危及人身安全。

4.3 加强矿压观测

在煤矿企业安防设备及行业科技不断发展的当下，已经可以在一定范围和条件内做到提前预报，可以将有冲击地压危险的地段提前测出，其方法有微震监测、地音监测、钻屑煤粉法及巷道变形量的观测等。

5 煤矿冲击地压的防治方法

结合冲击地压发生的机理和防治措施的基本原理，国内外提出和实践了众多的防治煤岩体发生冲击地压和岩爆的措施。这些措施的实质就是利用各种技术途径，人为地改变煤岩体中的应力状态和其物理力学性质，进而达到防治冲击发生或减少发生的次数及强度的目的。而在煤矿冲击地压的防治方面，目前国内外学者共同的观点普遍认为，要防治煤矿冲击地压和岩土工程中的岩爆，必须从改变煤岩体的应力状态和它们本身的物理力学性质上着手。

5.1 合理选择防治冲击地压的措施

在掌握冲击地压显现特征，发生冲击地压条件的前提下，要按照冲击地压发生的地点、影响范围及冲击地压产生的原因对症下药，采取有效措施，借以减缓或防止冲击地压。但是，不同地方用同一技术措施的做法和效果不尽相同。因此，技术人员要结合煤矿开采实际，科学选择针对性的防治措施。

5.2 掌握好煤层注水这一最常用的措施

煤层注水是我国煤矿企业最早采用的冲击地压防治措施，也是国内众多煤矿企业最常用的方法之一。此外，一些煤矿企业还采用了在煤体中开槽卸压、诱导爆破和钻孔卸压等防治措施。目前国内外防治冲击地压的措施主要有煤岩体注水、钻孔卸压、深孔松动爆破、卸载诱导爆破、煤岩体掏槽卸压、顶板预断裂、巷道切槽卸压、加固软煤层、加强采掘支护、开采保护层与合理安排采掘设计及工艺进度等。