沖擊地壓機理和防治在煤炭開采中的研究

田本強,趙廣軒

（山東省臨沂市山東能源臨礦集團株柏煤礦生產(chǎn)科,山東 郯城 276111）

隨著世界各國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，所需求的資源數(shù)量越來越大，在最近十幾年里，煤炭資源的大量和深度開采會造成沖擊地壓等類型動力災(zāi)害的發(fā)生，發(fā)生的頻率可以說越來越高，嚴重威脅著煤礦開采的安全問題。據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計，2013年底，我國發(fā)生沖擊地壓的礦井已經(jīng)達到154個，有將近60個礦井開采深度已經(jīng)超過1000 m，其中一些煤礦企業(yè)受到了沖擊地壓的破壞，最終導(dǎo)致了重大傷亡事故的頻繁發(fā)生，造成多數(shù)人員受傷，甚至死亡。我國屬于煤礦開采大國，煤炭生產(chǎn)總量占世界的一半左右，加上我國煤炭地質(zhì)條件的復(fù)雜性，我國的煤礦沖擊地壓問題尤為突出。因此，相關(guān)的單位和專家學(xué)者，非常關(guān)注和重視煤礦沖擊地壓的機理和防治等問題，我國的相關(guān)部門建立了一些比較科學(xué)化的研究計劃，主要研究動力災(zāi)害的機理和防治，這也是重點研究煤礦沖擊地壓的重要原因。但是由于執(zhí)行的過程中會遇到很多復(fù)雜的問題，不能充分的實現(xiàn)沖擊地壓的機理和防治研究，因此，相關(guān)部門和專業(yè)人員需要進行長時間的探索和實踐工作，同時這也是現(xiàn)在及未來面臨的重大挑戰(zhàn)和難題。

1 沖擊地壓發(fā)生機理與防治技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 沖擊地壓地質(zhì)構(gòu)造條件及相互作用機制

礦井的地質(zhì)特征、構(gòu)造過程及區(qū)域應(yīng)力環(huán)境等都是形成沖擊地壓的重要因素，有著直接和密切的關(guān)系，地質(zhì)演化控制著每層的產(chǎn)狀、展布及厚度，并且會直接影響地質(zhì)構(gòu)造的賦存、應(yīng)力或殘余應(yīng)力場的分布。不同的地質(zhì)運動會產(chǎn)生不同或多種地質(zhì)構(gòu)造，然而其中的特征具有一定的特殊性，在一定程度上會誘發(fā)礦井地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，這是其中主要的條件和因素。另外，斷層和褶曲等一些的特殊地質(zhì)構(gòu)造是誘發(fā)沖擊地壓的主要地質(zhì)因素，近幾年，國內(nèi)外有很多的學(xué)者對煤礦沖擊地壓的發(fā)生進行了大量的研究和分析，其中的結(jié)果顯示，沖擊地壓的形成和斜軸部、構(gòu)造變化及應(yīng)力帶區(qū)域有著直接的關(guān)系。我國曾有多名相關(guān)專家和學(xué)姐指出，沖擊地壓的形成和斷層的不同類型具有一定的密切關(guān)系。其中2種類型的地質(zhì)構(gòu)造主要有增壓和減壓，增壓型地質(zhì)構(gòu)造會在很大程度上引起沖擊地壓的發(fā)生，相反，減壓型引起沖擊地壓的發(fā)生幾率幾乎為零，因此，詳細的了解相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造的信息和知識是非常重要的。賦存形態(tài)和斷層的精確描述可以有效的探測引起沖擊地壓發(fā)生的內(nèi)資因素和條件。探地雷達、TSP超前地質(zhì)預(yù)報、三維地震勘探等技術(shù)是國內(nèi)目前對地質(zhì)構(gòu)造探測的主要技術(shù)。我國的煤炭資源開采程度相對巨大，一些實際的問題和情況也顯而易見，針對煤炭深層地質(zhì)構(gòu)造特征研究的同時，要對煤層和空間結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)進行相關(guān)的探索和發(fā)現(xiàn)，并且要有針對性的建立一套完整的監(jiān)測系統(tǒng)和綜合探測方法，從而有效的對礦物成分和細觀結(jié)構(gòu)與沖擊傾向性的關(guān)系及模型描述，構(gòu)建判別準冊。

1.2 煤礦沖擊地壓的發(fā)生機理

我國在全世界內(nèi)一直都屬于煤炭資源大國，在開采的深度和總產(chǎn)量居世界第一位，針對這種情況而言，我國沖擊地壓的發(fā)生率也是最頻繁的，因此，研究沖擊地壓過程中動力穩(wěn)定性問題是必要的，同時這也需要專業(yè)的理論知識及穩(wěn)定性較強的實踐經(jīng)驗，從而深入研究沖擊地壓的機理的相關(guān)問題。沖擊機理分為3種類型，一是物力學(xué)性質(zhì)，對其進行深入的研究和分析，找出其中的破壞特點及因素，同時需要要利用一些非線性理論對沖擊失穩(wěn)的過程進行探索；二是地質(zhì)構(gòu)造及局部變形的突出，根據(jù)地質(zhì)弱面和媒體幾何的結(jié)構(gòu)來研究沖擊地壓機理兩者之間存在某種關(guān)聯(lián)；三是擾動影響與沖擊地壓之間的關(guān)系。針對我國的煤炭資源開采來講，最近幾十年內(nèi)處于大量開采的范圍內(nèi)，其深度和擾動一直在不斷的快速增加，沖擊地壓機理多因素的特點越來越明顯。因此，應(yīng)該根據(jù)煤巖體的裂隙開采能量的積聚與釋放機制、能量場的時空演化規(guī)律及動力災(zāi)害演變能力作為最基本的出發(fā)點，基于失穩(wěn)模型與判別標準和能量體系，利用分叉理論和動力學(xué)來研究破裂演化而誘發(fā)的沖擊地壓的整個過程，探索沖擊地壓災(zāi)害機理與防治的有效途徑。

2 預(yù)警技術(shù)與防治方法

2.1 預(yù)警技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)屬于突飛猛進的階段，各種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷的被推廣和應(yīng)用，幾幾年內(nèi)，我國針對沖擊地壓預(yù)警技術(shù)方面也取得了較大的突破和進展，同時我國在全世界的范圍內(nèi)大量的引入高新技術(shù)的監(jiān)測設(shè)備，對沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警發(fā)揮著相當巨大的作用。我國目前煤礦監(jiān)測預(yù)警沖擊地壓的主要方法有礦壓觀測法、鉆屑法、頂板動態(tài)儀、鉆孔應(yīng)力測量法、電磁輻射法、地震CT技術(shù)及電荷感應(yīng)監(jiān)測技術(shù)等等。以上這些方法和技術(shù)能夠有效的對沖擊地壓進行監(jiān)測和預(yù)警，但是由于沖擊地壓機理的復(fù)雜性，不同監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測原理、對象、精度、范圍也不同，因此，從前兆信息中判別得出準確的預(yù)警結(jié)果扔然有很長的路要走，這也是我國現(xiàn)在及未來面臨的重要挑戰(zhàn)和難題。

2.2 綜合防治方法

沖擊地壓的綜合防治技術(shù)主要有三個方面，首先是針對性的對防治方法進行優(yōu)化設(shè)計，降低沖擊地壓的發(fā)生幾率；其次要對沖擊危險區(qū)域有一個基本的了解和掌握，避免高應(yīng)力集中和改善煤巖體介質(zhì)性質(zhì)以減弱積聚彈性能的能力；最后要根據(jù)實際情況和條件以及現(xiàn)場環(huán)境進行支護方法的選擇，增大支護強度和支護方式，進行相關(guān)的改善工作，從而有效的提高支護抵抗沖擊的能力，屬于被動防護。針對一些開采技術(shù)，同樣需要進行一些優(yōu)化，從源頭上消除和降低應(yīng)力高度的集中，這是一種有效降低沖擊地壓危險現(xiàn)象發(fā)生的一類方法。

[1]龐緒峰.堅硬頂板孤島工作面沖擊地壓機理及防治技術(shù)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)(北京),2013.

[2]姜福興,魏全德,王存文,姚順利,張寅,韓榮軍,魏向志,李澤成.巨厚礫巖與逆沖斷層控制型特厚煤層沖擊地壓機理分析[J].煤炭學(xué)報,2014(07):1191-1196.

[3]歐陽振華.多級爆破卸壓技術(shù)防治沖擊地壓機理及其應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014(10):32-36+74.

[4]苗小虎,姜福興,王存文,鄧建明.微地震監(jiān)測揭示的礦震誘發(fā)沖擊地壓機理研究[J].巖土工程學(xué)報,20.