沖擊礦壓的災(zāi)害分析與防治技術(shù)

鄒桂興

摘 要：安全生產(chǎn)是煤炭企業(yè)生存的第一要?jiǎng)?wù)，沖擊礦壓是威脅煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的主要因素，因此，加強(qiáng)對(duì)沖擊礦壓的成因、災(zāi)害、防治的研究是非常重要的。本文首先介紹了沖擊礦壓的成因，分析了沖擊礦壓的災(zāi)害因素，并結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，講解了如何在不同生產(chǎn)階段來(lái)預(yù)測(cè)、防范沖擊礦壓，確定礦壓形成的時(shí)間、位置、大小，從而達(dá)到防治礦壓的效果。

關(guān)鍵詞：沖擊礦壓；災(zāi)害；防治

中圖分類號(hào)：TD324 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

安全第一是煤炭企業(yè)的生產(chǎn)宗旨，如何能夠避免發(fā)生煤炭生產(chǎn)災(zāi)害事故，其中對(duì)于沖擊礦壓的認(rèn)識(shí)和研究是極其重要的。沖擊礦壓是一種煤炭生產(chǎn)中比較常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，當(dāng)在礦井的高應(yīng)力區(qū)域發(fā)生礦壓時(shí)，可能就會(huì)產(chǎn)生一些嚴(yán)重事故，對(duì)生產(chǎn)人員的生命財(cái)產(chǎn)造成風(fēng)險(xiǎn)，這種危險(xiǎn)一般發(fā)生在煤礦局部位置達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，擠壓的能量將突然爆發(fā)出來(lái)，造成突發(fā)事故，破壞力非常大。隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采規(guī)模和開(kāi)挖深度的不斷擴(kuò)大，這種災(zāi)害會(huì)越來(lái)越凸顯，因此，研究討論沖擊礦壓的災(zāi)害分析與防治技術(shù)是十分有必要的。

1 沖擊礦壓的成因

沖擊礦壓是指在煤層中由于裂紋變大和局部變形導(dǎo)致的失穩(wěn)現(xiàn)象，與具有裂隙的各向異性巖石介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和圍巖在外加荷載作用下應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的演化與失穩(wěn)密切相關(guān)。各國(guó)專家對(duì)于沖擊礦壓的發(fā)生機(jī)理都進(jìn)行了深入的研究，通過(guò)對(duì)沖擊礦壓現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度提出了一系列關(guān)于沖擊礦壓形成的理論，如：強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準(zhǔn)則理論和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。強(qiáng)度理論認(rèn)為：產(chǎn)生沖擊礦壓時(shí)支護(hù)—圍巖力學(xué)系統(tǒng)將達(dá)到力學(xué)極限狀態(tài)；剛度理論認(rèn)為：礦山結(jié)構(gòu)的剛度大于圍巖—支護(hù)剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件；能量理論則認(rèn)為：當(dāng)支護(hù)—圍巖力學(xué)系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)被破壞時(shí)的能量大于所消耗的能量時(shí)，即發(fā)生沖擊礦壓。

2 災(zāi)害分析

煤礦出現(xiàn)的沖擊礦壓情況已經(jīng)對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全構(gòu)成重大威脅，經(jīng)常會(huì)造成設(shè)備損壞、人員傷亡、底層起鼓等嚴(yán)重事故，尤其是與采空區(qū)比較近的區(qū)域，會(huì)發(fā)生巖巷的嚴(yán)重變形或破壞，有時(shí)在完成修補(bǔ)后會(huì)反復(fù)出現(xiàn)險(xiǎn)情，巷道無(wú)法使用，不能正常生產(chǎn)，對(duì)煤礦企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)分析，產(chǎn)生災(zāi)害的原因主要有以下幾種情況：

（1）在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，如果遇到斷層，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力的集中，而應(yīng)力集中就會(huì)導(dǎo)致沖擊礦壓的發(fā)生。

（2）懸頂?shù)刭|(zhì)構(gòu)造可能會(huì)產(chǎn)生沖擊礦壓。當(dāng)巷道上頂出現(xiàn)大面積的、堅(jiān)硬的、厚度大的巖石，就會(huì)對(duì)周邊的煤層產(chǎn)生非常大的壓力，這種情況有可能產(chǎn)生沖擊礦壓。

（3）當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造是水平應(yīng)力為主時(shí)，可能為沖擊礦壓提供更有利的條件，尤其是在轉(zhuǎn)彎的部位發(fā)生沖擊礦壓的風(fēng)險(xiǎn)更大。

（4）由于煤柱是應(yīng)力比較高的區(qū)域，受到回采區(qū)域的壓力以及采空區(qū)域的雙重壓力效果，煤柱位置一般是應(yīng)力最高的位置，再加上生產(chǎn)活動(dòng)的長(zhǎng)期震動(dòng)，產(chǎn)生沖擊礦壓的概率非常高，應(yīng)當(dāng)給予重點(diǎn)關(guān)注。

（5）隨著煤礦開(kāi)挖深度不斷增大，工作面范圍不斷增大，也為沖擊礦壓增加了發(fā)生的概率。

（6）按照一般經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)開(kāi)挖深度到達(dá)200m和400m的深度時(shí)，沖擊礦壓的發(fā)生概率會(huì)比較大。

3 沖擊礦壓的防治技術(shù)

沖擊礦壓的防治工作是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的首要任務(wù)。開(kāi)展沖擊礦壓的防治首先要對(duì)存在的潛在危害進(jìn)行評(píng)估，分析沖擊礦壓的形成原因，計(jì)算危險(xiǎn)等級(jí)，形成分析報(bào)告，確定礦壓形成的時(shí)間、位置、大小，必要時(shí)需要進(jìn)行巖石的性能試驗(yàn)，最終為安全生產(chǎn)提供可靠的分析報(bào)告，達(dá)到防治的效果。

確定礦壓風(fēng)險(xiǎn)的位置對(duì)煤炭企業(yè)選擇開(kāi)挖位置、制定生產(chǎn)計(jì)劃、選擇技術(shù)方案等工作十分重要，能夠避免發(fā)生沖擊礦壓。如果確實(shí)需要在有沖擊礦壓風(fēng)險(xiǎn)的位置進(jìn)行開(kāi)采，可以根據(jù)評(píng)估報(bào)告，制定專項(xiàng)生產(chǎn)方案，采取一定的技術(shù)手段將沖擊礦壓的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，避免發(fā)生安全事故。所以煤礦評(píng)估礦壓風(fēng)險(xiǎn)可以分為勘探階段、建設(shè)階段、生產(chǎn)階段，在不同的時(shí)段，評(píng)估的內(nèi)容和作用是不同的，是有針對(duì)性的。在煤礦的勘察階段，一定要詳細(xì)了解地質(zhì)構(gòu)造，了解煤炭的深度、構(gòu)造，確定巖石的性能、強(qiáng)度等重要力學(xué)參數(shù)，做好基本資料的調(diào)查工作；在煤礦的設(shè)計(jì)和建造階段，要更加詳細(xì)地了解煤層的基本性能，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，確定沖擊礦壓的位置，設(shè)計(jì)一個(gè)較為安全是生產(chǎn)方式，并制定一系列技術(shù)方案為后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程做好基礎(chǔ)；在煤礦的生產(chǎn)階段，應(yīng)當(dāng)依據(jù)國(guó)家的煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開(kāi)采，避免出現(xiàn)重大安全事故。同時(shí)，要制定相關(guān)內(nèi)部管理程序，定期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)安全管理。

一般情況，常規(guī)評(píng)估沖擊礦壓主要是對(duì)煤炭生產(chǎn)環(huán)境條件進(jìn)行分析評(píng)估，按照生產(chǎn)制度的要求，定期監(jiān)測(cè)煤層的應(yīng)力狀態(tài)，分析煤層的能量分布情況，確定沖擊礦壓的產(chǎn)生形式和大小，為防止危害提供參考。按照煤炭企業(yè)發(fā)生事故的經(jīng)驗(yàn)，沖擊礦壓一般會(huì)出現(xiàn)在應(yīng)力最大的位置，這個(gè)位置一般出現(xiàn)在深度比較大、有一定構(gòu)造應(yīng)力、生產(chǎn)區(qū)域應(yīng)力比較大、煤柱位置、煤層的斷層等位置，而且距離煤層邊緣越近，產(chǎn)生事故的風(fēng)險(xiǎn)越大。當(dāng)沖擊礦壓將要發(fā)生時(shí)，受壓的煤層和巖石將受到非常高的壓力，存在著巨大的能量。如果經(jīng)常出現(xiàn)比較小的變形，則沖擊礦壓的能量也會(huì)比較小。如果突然出現(xiàn)重大形變，則一定是能量非常大的沖擊礦壓。煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)測(cè)煤層的情況，了解煤層的應(yīng)力變形的情況，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

煤炭生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行評(píng)估分析和試驗(yàn)分析工作，這些都要遵守行業(yè)規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。沖擊礦壓的探測(cè)辦法有很多，主要是兩種。一種是以鉆屑法為主的局部探測(cè)法，包括煤巖體變形觀測(cè)法（頂板動(dòng)態(tài)、圍巖變形）、煤巖體應(yīng)力測(cè)量法（相對(duì)應(yīng)力測(cè)量、絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量）、流動(dòng)地音檢測(cè)法、巖餅法等，這些方法側(cè)重于探測(cè)生產(chǎn)區(qū)域的關(guān)鍵部位，操作都比較方便，數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，所以，煤礦企業(yè)一般都會(huì)采用這些方法。但這些方法也存在缺點(diǎn)，就是比較浪費(fèi)人力物力，不能夠連續(xù)探測(cè)，難以進(jìn)行同時(shí)間段分析比較；第二類是系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法，包括地音系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法和微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法以及其他地球物理方法（地溫、地電、地磁等）。這種方法主要是分析沖擊礦壓的形成過(guò)程，根據(jù)探測(cè)到的一些現(xiàn)象，能夠提出預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)時(shí)可以在不同的關(guān)鍵位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成一個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，定時(shí)收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照一定的程序進(jìn)行計(jì)算分析，最終達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)的目的。這類方法可以實(shí)現(xiàn)在空間上和時(shí)間上的連續(xù)監(jiān)測(cè)，但維護(hù)管理較困難，分析數(shù)據(jù)和判定煤巖體的力學(xué)狀態(tài)難度較大，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，積累大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

沖擊礦壓是危害煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的主要因素，各個(gè)煤炭企業(yè)都應(yīng)當(dāng)認(rèn)真掌握沖擊礦壓的防范技術(shù)，學(xué)習(xí)了解沖擊礦壓的形成機(jī)理，能夠分析沖擊礦壓的災(zāi)害因素，而且安全生產(chǎn)是常抓不懈的重要工作，為了避免沖擊礦壓的風(fēng)險(xiǎn)，同樣需要抓鐵有痕，建立防范體系和完善的管理制度，將沖擊礦壓的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，確保企業(yè)能夠安全生產(chǎn)，保證員工的生命財(cái)產(chǎn)安全。

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