冲击地压防治关键理论与技术分析隋岱霖

冲击地压防治关键理论与技术分析隋岱霖

隋岱霖

龙煤集团鹤岗分公司生产技术部黑龙江鹤岗市154100

摘要：冲击地压是煤矿的五大灾害之一,开采过程中的冲击地压将导致巷道变形破坏，支架被压碎，甚至发生伤亡。因此，研究冲击地压的机理，建立可靠的冲击地压防治系统是基于不同条件下的冲击地压进行有效控制措施。

关键词:冲击地压；机理；防治措施

前言

冲击地压是煤矿的五大灾害之一，煤矿在开采过程中发生冲击地压会导致巷道变形破坏严重，支架压坏、压死现象，甚至会发生人员伤亡事故。因此，研究冲击地压的发生机理并建立可靠的预测体系，针对不同条件下的冲击地压采取有效的防治措施，是煤矿进行安全生产的重中之重。

1冲击地压发生机理

1.1强度理论

强度理论认为，煤层在没有进行开采之前处于坚硬顶板和底板的夹持之下，这种夹持作用会产生高压力及高弹性能，能量主要聚集在煤壁区域。由于开采作用影响，高压力突然增大时，原有的平衡系统受到破坏，可能诱发冲击地压灾害。

1.2能量理论

采煤工作面在推进过程中，导致煤体与围岩之间形成的力学平衡被破坏，破坏过程中会释放大量能量，当释放总能量大于消耗的能量时，采煤工作面就可能发生冲击地压。

1.3冲击倾向性理论

冲击倾向性是指煤岩体发生冲击破坏的固有能力，可以通过试验方法测定。煤岩体冲击倾向性的判断指标有三个:冲击能量指数、煤样产生动态破坏的时间、弹性能指数，通过以上三个指标可以对煤岩体的冲击倾向性进行分类，当实际冲击倾向度大于极限值时，煤岩体发生冲击危险性的可能性显著增加。

2冲击危险性预测方法

2.1地质动力条件判别

地质动力条件判别冲击地压主要以矿井的地形、地貌及工作面特征作为主要判断依据，明确各断块之间的相互作用方式，建立断块计算模型，最后进行构造应力的评定，确定冲击地压危险性。一般冲击地压危险性会随着开采深度的增加而增大，根据综合指数法可知，开采深度大于800m时，工作面具有冲击地压危险，工作面深度处于400m～600m之间时，工作面可能发生冲击地压危险。当工作面位于断块运动活跃区域，且运动速度大于3mm/a时，矿井很可能发生冲击地压危险。工作面顶底板岩性及厚度会对冲击地压危险性产生显著影响。当工作面顶板存在坚硬岩石且单轴抗压强度大于20MPa，岩层厚度超过30m时，可能发生冲击地压灾害。

2.2技术监测方法

2.2.1电磁辐射法。煤体开挖后应力范围重新分布，应力越高的区域电磁辐射信号越强，发生冲击危险性的可能性越高。

2.2.2钻屑法。在开采煤层中打设孔径42mm～50mm的钻孔，通过排出的煤粉量及煤体内部的应力变化状态，判别煤体冲击危险性。

2.2.3微震法判别冲击地压，主要是根据震中坐标及能量指标对冲击地压进行预测。

2.2.4地音法是利用地音探头对可能发生岩层断裂的区域进行监测，通过采集到的声发射信号以及应力变化特征判别发生冲击危险的程度。

3冲击地压防治技术

3.1改变煤层性质，降低冲击危险性

煤矿开采过程中，并不是所有煤层都具有冲击危险性，对于煤体可能发生冲击的煤层，可以通过钻孔注水降低煤层的冲击倾向性。煤层钻孔注水不仅可以降低发生冲击地压的危险，而且还可具有降尘、防止煤层自燃、施工工艺简单等特点。

3.2临时卸压式方法和循环卸压式方法

矿井才开采初期一般不会出现冲击地压现象。在工作面开采后期，冲击地压显现剧烈，此时，可以采用迎头或帮部卸压爆破以及施工煤巷大钻孔的方法进行临时卸压。采用迎头或帮部卸压爆破防治冲击地压，主要是利用超前松动爆破人为改变煤体结构，将赋存在煤体中的高能量提前释放。在应力异常区进行卸压爆破时，需要多次进行爆破卸压，直到消除冲击危险为止。采用煤巷大钻孔卸压方法是利用钻屑法或电磁辐射法对煤层冲击倾向性进行预测后，对于可能发生冲击危险性的区域采用大钻孔卸压防冲措施，在形成卸压保护带之后再进行煤层开采。析可知，机械设备缺乏及时的运维养护、未能及时纠正矿工不安全行为或设备因长时间使用而出现金属疲劳等均为该事故原因的具体表现。因此，想要尽快解决煤矿安全管理体系缺失问题，还需要从积极加强建设煤矿安全管理文化，落实监督管理职能等方面入手。

4安全技术措施

4.1超前谋划区域防冲措施

对具有冲击倾向性的地层，进行危险性鉴定，并采取卸压和解危措施，通过煤岩体爆破卸压，改变煤岩体内部的强度，释放冲击危险性能量，降低冲击危险性。

4.2完善应力监测系统和微震监测预警系统

监测冲击地压危险性信号，并对采集到的数据进行来压分析，实现冲击地压危险性超前预警。

4.3超前钻探，避开地质构造应力

对地质构造进行分析，并在接近受断层、向斜轴部构造应力等地质构造影响的区域要超前钻探，防止提前误遇断层，尽可能在采掘设计上避开可能产生煤岩体应力集中区域，降低冲击地压的发生。

4.4调整采掘接续和生产布局

调整矿井采掘接续和生产布局，强化局部防冲措施的落实。对采煤工作面的长度、煤柱的宽度、开采顺序重新进行优化设计，从技术设计上降低冲击危险性，合理布置采掘工作面。相邻采掘工作面在必要时，可以错开施工;将采掘工作面错开布置，实现合理的工作面接替顺序。

4.5建立防冲体系

要设置防冲办公室，配备防冲专业技术人员及各级防冲技术负责人;制定防冲岗位责任制、强矿压防治技术管理细则等管理制度。

4.6优化支护设计

冲击危险区域和沿空侧巷道加长超前支护距离，采用垛式支架和单元支架联合支护方式。

4.7强化现场管理

结合工作面、井巷矿压显现情况，合理调整工作面推进度，降低开采强度;根据冲压地压危险程度确定危险区、警戒区、安全区，并严格警戒管理，确保人员安全。

结束语

依据冲击地压发生理论，从冲击倾向性、采深的影响、地质构造的影响等方面对导致蒙陕四矿发生冲击地压共性因素进行了综合分析，提出了冲击性地压防治需要解决的关键技术课题以及所需要采取的应对安全措施，并在冲击地压明显的蒙陕地区实践应用中，初步取得了良好的防冲效果。但对降低和消除冲击地压带来的安全、生产等方面的影响还需要长期的验证，而且冲击地压致灾机制、综合预警技术等还需要进一步的探索和研究。

参考文献：

[1]郭晓胜．千米深井开采与冲击地压防治技术［A］．全国煤矿千米深井开采技术［C］．中国煤炭工业协会，2015．

[2]刘金海．煤矿冲击地压分区分级治理模式与关键技术研究［A］．第九届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集［C］．中国煤炭学会，2017．