劉凱 劉超

摘 要：煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了采礦技術(shù)水平的提高，為了提高礦產(chǎn)量，保障煤礦產(chǎn)區(qū)和礦井工作人員的安全，需要對采礦區(qū)可能出現(xiàn)的災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防。如采礦時的沖擊地壓等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致極其嚴(yán)重的礦區(qū)損失。文章立足于從動靜載作用的角度出發(fā)，探討沖擊低壓發(fā)生的背景及其發(fā)生的啟動條件，通過對其進(jìn)行深入分析，以期獲得預(yù)防沖擊地壓的有效防治技術(shù)，為之后的礦區(qū)安全生產(chǎn)提供一定的參考性。

關(guān)鍵詞：動靜載作用；沖擊地壓；啟動條件；防治技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.191

1 前言

沖擊地壓是礦區(qū)、礦井中存在的一種普遍的災(zāi)害現(xiàn)象，沖擊低壓發(fā)生時，表現(xiàn)為采礦作業(yè)時，煤層巖石發(fā)生彈射、爆裂，由此產(chǎn)生的爆炸帶來的巨浪和巨響會帶來礦井坍塌，將會嚴(yán)重威脅到礦區(qū)的安全。因此，探討如何預(yù)防沖擊地壓對于保障礦區(qū)產(chǎn)量和礦區(qū)工人安全都具有重要意義。目前在礦區(qū)，對于沖擊地壓的預(yù)防大多遵循傳統(tǒng)的監(jiān)測手段和防治手段，但這種較為盲目的手段容易增加預(yù)防成本。要解決上述問題，關(guān)鍵還是要科學(xué)合理有針對性的進(jìn)行防治。

2 動靜載作用下沖擊地壓的啟動條件

分析沖擊地壓的發(fā)生原理，要從兩個方面來思考，一方面是從系統(tǒng)內(nèi)靜載荷來考慮煤層的壓縮彈性能和彎曲彈性能，另一方面是從系統(tǒng)外動載荷來考慮礦區(qū)爆裂瞬間的壓縮彈性能。

2.1 沖擊地壓的能量來源

沖擊地壓可以分為靜載沖擊地壓和動載沖擊地壓。靜載沖擊地壓的能量來源為煤層圍巖的近場系統(tǒng)內(nèi)靜載荷，沖擊地壓發(fā)生的臨界值會在靜載作用的緩慢作用下逐漸達(dá)到，最后在外界擾動下發(fā)生。動載沖擊地壓能量來源包括系統(tǒng)內(nèi)的靜載荷也包括系統(tǒng)外動載荷[1]。動載沖擊地壓會在外界的強(qiáng)烈作用下瞬間釋放，從而誘發(fā)煤巖體的壓力爆發(fā)。

2.2 沖擊地壓的啟動條件

根據(jù)之前發(fā)生的大量沖擊地壓的實(shí)際案例來進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，沖擊地壓的形成既受到來自系統(tǒng)內(nèi)靜載作用的影響，也受到了系統(tǒng)外動載的作用。在沖擊地壓發(fā)生的瞬間，煤層的巖體會急劇大量的噴射而出，對基巖造成嚴(yán)重的破壞。但在這種嚴(yán)重的破壞過程中，沖擊源并不一定在巖層的爆炸區(qū)附近。根據(jù)過往的數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，這種能量源通常遠(yuǎn)離沖擊破壞的位置，因此，煤層失去穩(wěn)定性的原因還在于動載作用帶來的能量破壞效果[2]。另一方面，隨著距離的增加，動載作用會增強(qiáng)，而能量源所處的位置通常處于震源附近的自由面上。比如壓力較大的構(gòu)造區(qū)和煤柱壓力區(qū)。這些都表明，在沖擊地壓發(fā)生之前，該爆炸區(qū)域的煤層所受到的壓力狀態(tài)才是影響沖擊地壓的根本因素。

2.3 不同巖層的沖擊地壓發(fā)生情況

根據(jù)煤巖層的結(jié)構(gòu)和巖體的自身性質(zhì)，可以將煤巖系統(tǒng)分為三種不同的情況，具體包括以下三種。第一，穩(wěn)定平衡的巖層系統(tǒng)。在這種煤巖系統(tǒng)之內(nèi)，靜載荷的數(shù)量值比較小，從其結(jié)構(gòu)來看，該處巖層也處于比較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，即便有動載荷的參與也難以啟動沖擊地壓。第二種，靜態(tài)的平衡的巖層系統(tǒng)。這種系統(tǒng)自身的靜載荷較大，僅靠自身壓力，難以產(chǎn)生足量的沖擊地壓力量。但在強(qiáng)烈動載的沖擊下，該巖層可以瞬間達(dá)到?jīng)_擊地壓產(chǎn)生所需的壓力水平，并同時釋放大量的能量，造成頂層斷裂型的沖擊地壓活動。第三種，極限的平衡的巖層系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)內(nèi)部，自身所具有的靜載荷足夠大，沖擊地壓啟動所需要的能量可以通過積累緩慢的達(dá)到，這時，巖層的平衡狀態(tài)趨近臨界點(diǎn)。當(dāng)外界的環(huán)境發(fā)生輕微的變化時，都可能破壞這種平衡狀態(tài)，誘發(fā)沖擊地壓。極高的壓力作用的壓縮型的沖擊地壓一般來說就屬于這種情況。

3 沖擊地壓的防治技術(shù)

沖擊地壓一旦發(fā)生，其帶來的破壞程度十分嚴(yán)重。因此科學(xué)合理的防治沖擊地壓十分重要。防治沖擊地壓要從其發(fā)生時的區(qū)域的特征和發(fā)生時所表現(xiàn)出來的特征來分析，根據(jù)其表現(xiàn)出來的不同特點(diǎn)，采取有針對性的防治措施。

3.1 靜載沖擊地壓的防治技術(shù)

靜載作用影響下的沖擊地壓，所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)包括，煤巖體在處于極限平衡的狀態(tài)下，外界的輕微擾動誘發(fā)煤巖體的失衡，這種受力失衡容易導(dǎo)致巖體受到壓力而爆發(fā)破壞性的爆炸。即如果煤層具有較好的結(jié)構(gòu)環(huán)境，比如煤層的硬度較大，完整性較好，那么煤層就容易發(fā)生沖擊地壓。在這種條件下，對煤層的性質(zhì)進(jìn)行改變，使煤層不具備儲存彈性能的能力，將有助于降低沖擊的危險性。因?yàn)槊簩铀邮艿降膲毫㈦y以集中到一個區(qū)域，或者將煤層所受到的壓力轉(zhuǎn)移到媒體的深部，這就能增加煤層受到壓力的緩沖區(qū)域。因而對于消除沖擊地壓所帶來的威脅具有極為明顯的作用。具體來說，包括向煤層注水和對煤層采取卸壓爆破的方法，這樣可以煤層深部區(qū)域的局部區(qū)域產(chǎn)生裂隙，能有效降低煤層的靜載。

3.2 動載沖擊地壓的防治技術(shù)

動載沖擊地壓所造成的礦區(qū)坍塌表現(xiàn)為煤層巖體所承受的壓力在瞬間突破其臨界點(diǎn)，并爆發(fā)出來，形成強(qiáng)烈的破壞作用。具體來說，在動載沖擊地壓的作用下，沖擊地壓會造成巖層頂板大面積區(qū)域的斷裂和坍塌，這種現(xiàn)象表現(xiàn)為動載起主導(dǎo)作用的沖擊地壓的頂板活動。這種活動發(fā)生的原因是，處于準(zhǔn)靜態(tài)平衡狀態(tài)的煤層巖體會在頂板活動的情況下突破巖體的極限平衡狀態(tài)，釋放出大量的能量，這種能量會破壞煤層巖體的結(jié)構(gòu)。為了防止這種類型的沖擊地壓，首先應(yīng)當(dāng)降低煤層巖體靜載。除了降低煤層巖體的靜載，還可以弱化煤層巖體的沖擊動載，降低煤層頂板巖所聚集的能量。即通過弱化頂板來降低煤體頂板巖層的能量聚積，促進(jìn)煤層頂板壓力的釋放。緩解這種頂板壓力的方法包括以下幾種，即采用如使頂層斷裂的爆破手段和水壓致裂等方式。這些措施能有效的緩解動載沖擊地壓。

4 結(jié)束語

煤礦采礦區(qū)的安全日益受到了人們的重視，礦區(qū)的安全涉及到了國家的財(cái)產(chǎn)安全和人民的生命安全，需要不斷提高礦區(qū)的安全技術(shù)水平。而對于礦區(qū)沖擊地壓這種重大災(zāi)害現(xiàn)象，需要對其加以研究防治。文章基于沖擊低壓發(fā)生的原理，從動載和靜載兩個方面來對沖擊低壓發(fā)生的情況進(jìn)行分析，洞察這種災(zāi)害現(xiàn)象的啟動條件，并根據(jù)其爆發(fā)的原因來分析對沖擊地壓的防治技術(shù)。文章中的方法對于推動礦區(qū)災(zāi)害預(yù)防有著積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]尤小明.動靜載疊加擾動對巷道圍巖的沖擊破壞[J].金屬礦山，2017（06）：56-60.

[2]李振雷.厚煤層綜放開采的降載減沖原理及其工程實(shí)踐[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2016.