崔存海

摘要：煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害是深部礦井開采所面臨的一種由沖擊地壓和煤與瓦斯突出共同作用的動(dòng)力災(zāi)害表現(xiàn)形式。將含有瓦斯的煤巖體看作為是瓦斯氣體與煤巖固體組成而成的復(fù)合型材料體，同時(shí)將沖擊地壓和煤與瓦斯突出，這兩種動(dòng)力災(zāi)害作為一個(gè)整體，研究這種復(fù)合災(zāi)害發(fā)生時(shí)的煤巖破裂和破壞過(guò)程以及伴隨的瓦斯運(yùn)移規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)將沖擊礦壓和煤與瓦斯突出作為一個(gè)整體，去研究復(fù)合型災(zāi)害的擾動(dòng)響應(yīng)失穩(wěn)理論奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤巖；煤與瓦斯突出；沖擊地壓；復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害

1 緒論

煤炭資源是我國(guó)現(xiàn)階段重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源，在一次性的能源消耗中有著舉足輕重的地位[1]。目前，我國(guó)能源消耗的中長(zhǎng)期規(guī)劃，依然堅(jiān)持以煤炭資源為主、電力為核心、其他資源為輔以及其它新能源全面發(fā)展。在2010～2020 年能源結(jié)構(gòu)中，天然氣資源占比例為30%，石油資源占比例為26%，煤炭資源占比例為 24%，核能資源占比例為8%，其他能源（水力等）占比例為 4%。煤炭資源在我國(guó)未來(lái)3個(gè)10 年一次能源結(jié)構(gòu)中，依然分別保持著 61%、56%和 51%左右。綜上所述，煤炭資源仍然是我國(guó)未來(lái)主要需求的能源資源?；谖覈?guó)煤炭資源的賦存條件與開采布局，由于我國(guó)煤層地質(zhì)條件的多樣性和復(fù)雜性，煤層埋深比較大，井工開采占礦井開采的90%以上。伴隨采掘面開采擾動(dòng)，圍巖將會(huì)受到不同程度的損傷，由此積聚著一定的能量，當(dāng)能量發(fā)生不可控釋放時(shí)，就會(huì)引發(fā)煤巖動(dòng)力災(zāi)害，造成重大的財(cái)產(chǎn)損失與人身傷亡。近年來(lái)，伴隨著煤炭開采向著集約化和規(guī)?；l(fā)展的趨勢(shì)，煤炭資源開采的強(qiáng)度和深度不斷增加，由此引起的沖擊地壓、煤與瓦斯突出以及復(fù)合型煤巖動(dòng)力災(zāi)害日趨嚴(yán)重，成為危害我國(guó)煤炭資源安全高效開采過(guò)程中的重要因素，尤其是沖擊地壓和煤與瓦斯突出最為嚴(yán)重的兩種動(dòng)力災(zāi)。

2 沖擊地壓和煤與瓦斯突出共同點(diǎn)

煤與瓦斯突出和沖擊地壓這兩種動(dòng)力災(zāi)害產(chǎn)生的條件較為不同，在淺埋煤層開采中，多體現(xiàn)為單一的動(dòng)力災(zāi)害模式，兩者之間影響不大，常規(guī)條件一般不會(huì)同時(shí)發(fā)生[2]。因此，大多研究成果對(duì)這兩種成災(zāi)機(jī)理、監(jiān)測(cè)預(yù)警以及防治等方面的科學(xué)研究基本是平行開展的，少有交叉。預(yù)測(cè)預(yù)警以及及防治研究可以分別進(jìn)行。近年來(lái)，隨著煤層采掘水平的加大，開采深度以每年20 m 的速度向深部發(fā)展。我國(guó)高瓦斯和煤與瓦斯突出的礦井也面臨著發(fā)生沖擊地壓的情況，這2種動(dòng)力災(zāi)害之間的相互作用已經(jīng)愈發(fā)明顯，這導(dǎo)致采掘面沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩種動(dòng)力災(zāi)害相互共存、互為影響。尤其是進(jìn)入深部采煤以后，這兩種動(dòng)力災(zāi)害之間的相互影響越來(lái)越加劇，表現(xiàn)出復(fù)合災(zāi)害，其產(chǎn)生的機(jī)理變得更加錯(cuò)綜復(fù)雜，監(jiān)測(cè)預(yù)警以及防治難度更大。很明顯，把沖擊地壓和煤與瓦斯突出這兩種動(dòng)力災(zāi)害，分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警防護(hù)的理念和技術(shù)，已不能符合現(xiàn)階段我國(guó)深部礦區(qū)動(dòng)力災(zāi)害防治的要求。在沖擊地壓和煤與瓦斯突出的產(chǎn)生因素中，高應(yīng)力是共有的且非常重要影響的因素。因此，將深部礦井沖擊地壓和煤與瓦斯突出這兩種動(dòng)力災(zāi)害作為一體來(lái)研究其變化規(guī)律和產(chǎn)生激勵(lì)，開展煤炭深部開采中潛在復(fù)合型動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)煤層的誘發(fā)機(jī)理及預(yù)警防治研究，提出一體化監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治減災(zāi)方案，可為我國(guó)深部礦區(qū)煤炭資源安全高效的開采提供理論依據(jù)，具有重要意義。

3 煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害研究狀況

3.1 復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害擾動(dòng)響應(yīng)一體化理論

國(guó)際巖石力學(xué)局俄羅斯自然科學(xué)院院士佩圖霍夫最先提出將沖擊地壓和煤與瓦斯突出這兩種動(dòng)力災(zāi)害作為一個(gè)整體進(jìn)行系統(tǒng)的研究。在我國(guó)，章夢(mèng)濤等基于煤巖體變形破壞產(chǎn)生機(jī)理和穩(wěn)定理論，提出了沖擊地壓失穩(wěn)理論。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合煤與瓦斯突出失穩(wěn)理論，提出了將沖擊地壓和煤與瓦斯突出作為一體，并提出了兩種現(xiàn)象的統(tǒng)一失穩(wěn)理論[3]。這一研究成果，獲得佩圖霍夫教授的認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。李鐵、蔡美峰等發(fā)現(xiàn)煤礦深部開采中沖擊地壓產(chǎn)生的原因和瓦斯的存在緊密相關(guān)，認(rèn)為高壓瓦斯氣體孕育著沖擊地壓，存在采動(dòng)卸荷與瓦斯解吸膨脹相互耦合作用的沖擊礦壓。王振等從動(dòng)力災(zāi)害的能量來(lái)源和破壞模式等方面系統(tǒng)分析了深部含瓦斯礦井發(fā)生沖擊地壓和突出的異同點(diǎn)，進(jìn)而從瓦斯突出和沖擊地壓發(fā)生時(shí)的煤巖物理力學(xué)性質(zhì)等方面分析了這兩種動(dòng)力災(zāi)害的誘發(fā)轉(zhuǎn)化機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，提出了沖擊地壓和煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害在不同階段的誘發(fā)相互作用條件，最終總結(jié)出單一型災(zāi)害在深部演化為復(fù)合型煤與瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的物質(zhì)條件、動(dòng)力條件、開采擾動(dòng)和構(gòu)造條件，認(rèn)識(shí)到了沖擊地壓和煤與瓦斯突出相互作用復(fù)合型災(zāi)害的3 種成災(zāi)模式。

3.2 煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害存在的問(wèn)題

我國(guó)深部煤炭開采導(dǎo)致的沖擊地壓和煤與瓦斯突出，這兩種動(dòng)力災(zāi)害相互作用，與單一動(dòng)力災(zāi)害相比，有其特殊性，其產(chǎn)生機(jī)理更加錯(cuò)綜復(fù)雜。其發(fā)生時(shí)煤巖體應(yīng)力變化規(guī)律和圍巖損傷特征是什么，有什么樣的協(xié)同影響機(jī)制，如何將兩種理論相融合成統(tǒng)一的發(fā)生理論。這兩種動(dòng)力災(zāi)害的影響因素繁多，且互相作用，相互影響，如何形成一體化預(yù)測(cè)和防治體系。上述問(wèn)題是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)深部開采現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、殘余構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、巖體自重應(yīng)力場(chǎng)、采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)和瓦斯與水等流體應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下發(fā)生的沖擊地壓、礦震、煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出和透水等多災(zāi)種復(fù)合型災(zāi)害，應(yīng)用多學(xué)科交叉滲透的理論、方法與技術(shù)，探索災(zāi)害形成的機(jī)理，研究區(qū)域與局部危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和綜合防治技術(shù)，收到了良好的防災(zāi)減災(zāi)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在深部煤炭資源礦井中，煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害方面的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和研究結(jié)果，并大體總結(jié)了沖擊地壓和煤與瓦斯突出兩種復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的成因至災(zāi)機(jī)理、孕育條件、監(jiān)測(cè)預(yù)警以及防治等?；诖耍岢隽宋覈?guó)深部礦井煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害防控方面仍存在的亟待解決問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]高保彬，米翔繁，張瑞林.深部礦井煤巖瓦斯復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害研究現(xiàn)狀與展望[J].煤礦安全，2013，44（11）：175178.

[2]李鐵，蔡美峰，王金安，等.深部開采沖擊地壓與瓦斯的相關(guān)性探討[J].煤炭學(xué)報(bào)，2005， 30（5）：562567.

[3]張福旺，李鐵.深部開采復(fù)合型煤與瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的認(rèn)識(shí)[J].中州煤炭， 2009（4）：7376.