深部巖體沖擊地壓災(zāi)害致災(zāi)原因及防控措施

陳莉

摘 要：沖擊地壓是當?shù)V井的深度達到一定程度時，井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生的劇烈的動力現(xiàn)象。一般沖擊地壓和嚴重沖擊地壓是地壓沖擊的兩種主要類型，一般沖擊地壓表現(xiàn)為礦體、巖體振動并產(chǎn)生粉塵和裂隙；嚴重沖擊地壓規(guī)模較大，表現(xiàn)為礦體震動和沖擊波，巖體嚴重破碎，常導(dǎo)致頂板事故，破壞井巷，并造成人員傷亡，設(shè)備毀壞，污染作業(yè)環(huán)境，影響生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；瓦斯；防塵；防火

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.057

1 引言

我國煤礦自 1933 年在撫順勝利煤礦首次發(fā)生沖擊地壓以來，目前已有超過 5% 的大型煤礦存在沖擊地壓危險。對沖擊地壓發(fā)生的研究，表明覆巖運動造成的煤巖應(yīng)力擾動具有重要作用。因此，多年來研究人員提出了多種理論模型及防治技術(shù)。姜耀東分析了沖擊地壓、巖爆和礦震之間存在的聯(lián)系和區(qū)別，建立了煤礦沖擊地壓的 3 種力學(xué)模型；楊隨木等認為只有同時滿足內(nèi)在條件、結(jié)構(gòu)條件和應(yīng)力條件時才會發(fā)生沖擊地壓；齊慶新等指出斷層的構(gòu)造應(yīng)力是導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生的主要原因。根據(jù)這些學(xué)者的研究成果，運用這些現(xiàn)有的理論知識來分析煤礦工作面的地質(zhì)條件和可能出現(xiàn)的問題及相關(guān)解決措施，從而避免煤礦沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生，保證人們生命財產(chǎn)安全的同時可以順利的進行煤礦開采工作。

2 沖擊地壓災(zāi)害治理的必要性

為了工業(yè)的快速發(fā)展，滿足我國工業(yè)及人民對煤炭的需求，近些年來我國煤炭的開采量逐年增加，但是資源是有限的，所以煤炭的開采規(guī)模和礦井的深度也逐年增加，深部礦井的出現(xiàn)使得沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生頻率也逐年增加，隨著礦井開采規(guī)模和深度的逐年增加，以沖擊地壓等為代表的深部開采誘發(fā)的災(zāi)害事故更具突發(fā)性，沖擊地壓發(fā)生時突然、急劇、猛烈，使得造成的災(zāi)難成破壞性，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失還會危害到人們的生命安全。除此之外，沖擊地壓的發(fā)生還可能伴隨著瓦斯爆炸，頂板突水的嚴重事故。不正規(guī)操作以及不認真的檢測或者一些不確定因素的影響都會是重大事故發(fā)。由此可見，開展沖擊地壓災(zāi)害治理工作，建立較完善的防沖技術(shù)體系極為重要。提高煤礦沖擊地壓動力災(zāi)害的綜合防治水平，為煤礦制定針對性的防御、減輕和控制煤柱型沖擊動力災(zāi)害的專項措施提供可靠的科學(xué)依據(jù)，提高礦井開采的安全性，減少人員傷亡事故，減少經(jīng)濟損失，具有極大的安全效益和經(jīng)濟效益。

3 沖擊地壓發(fā)生的原因和致災(zāi)條件分析

沖擊地壓發(fā)生的根本原因強度比較高的煤巖層在受到構(gòu)造運動和開采活動影響下形成的高度應(yīng)力集中。當煤巖自身具備一些性質(zhì)并且自身受到了應(yīng)力場的時候就很有可能導(dǎo)致沖擊地壓的災(zāi)害。發(fā)生了沖擊地壓是因為煤巖的自身具備了沖擊傾向，沖擊的發(fā)生是需要在煤巖自身具備了沖擊的傾向之后，又具有足夠的誘發(fā)因素的情況下才會發(fā)生。我國煤礦沖擊地壓的突出特點主要表現(xiàn)為多類型，條件復(fù)雜，隨著煤層開采深度的增加，沖擊地壓發(fā)生頻次和烈度增大。

3.1 煤層的沖擊傾向性

煤層的沖擊傾向性由波蘭和前蘇聯(lián)學(xué)者提出。煤層的沖擊傾向性至煤體具有的幾句變形能并產(chǎn)生沖擊地壓破壞的性質(zhì)，可由相應(yīng)的力學(xué)指標加以度量，該指標可通過實驗室試驗測定：沖擊傾向性指標有動態(tài)破壞時間 DT 、彈性能指數(shù) WET 和沖擊能指數(shù) KE 以及單軸抗壓強度 Rc 共 4 個指標。

3.2 構(gòu)造應(yīng)力場

地球的構(gòu)造運動會有很大的外力作用在巖體上，特別是水平的構(gòu)造運動對地應(yīng)力有很大的影響。構(gòu)造應(yīng)力場和自重應(yīng)力場相比較開說情況更加復(fù)雜化，可以影響它運動的因素也比較廣，現(xiàn)階段要想準確的計算出一些力場的分布規(guī)律是沒有什么理論上的模型可以提供方法的，目前要想取得可靠性較高的方法去了解當?shù)氐V區(qū)的地應(yīng)力情況就是進行地應(yīng)力測試。近些年來，國內(nèi)外許多國家在這方面也進行了相關(guān)的測量，：并且總結(jié)出了以水平方向的積壓力大多是存在于堅硬的巖層中的構(gòu)造力場的特點。所以，原巖應(yīng)力場總體表現(xiàn)在為鉛直方向上靜載荷基本等于上覆巖層自重，水平方向上最大應(yīng)力一般為垂直應(yīng)力的0.5 ～5.5，很多情況下大于 2。

4 沖擊地壓治理的區(qū)域性預(yù)防措施

（1）開采解放層。開采解放層對沖擊地壓災(zāi)害的防控至關(guān)重要，可以說是現(xiàn)在科技水平下最有效的一個手段。開采解放層可以降低煤層支承壓力峰值，從而就可以改善被保護層開采中能量積聚與釋放的空間分布狀況，這樣就能起到減緩沖擊地壓的作用。

（2）優(yōu)化開采順序及采煤工藝。根據(jù)資料調(diào)查以及結(jié)合實際經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)，合理適當?shù)拈_采資源，按照標準的順序進行煤工藝等程序，可以有效的避免應(yīng)力的集中疊加，從而有效的避免沖擊地壓災(zāi)害。結(jié)合大量的事實標明，造成沖擊地壓災(zāi)害的主要原因主要就是因為開采過度不合理，對開采順序和煤工藝重視度不高，沒有引起注意。而若果繼續(xù)這樣的開采，進行到后期危險性會更大，并且耗費人力物力，并且效果有限。

5 沖擊危險區(qū)域的局部解危措施

對于沖擊地壓的核心治理環(huán)節(jié)就是解危治理階段，從限制沖擊地壓災(zāi)害的條件來看，通過沖擊地壓的強度弱化減沖理論以及沖擊型巷道圍巖結(jié)構(gòu)的強弱強控制模型為理論基礎(chǔ)，來對沖擊地壓采取防控措施，達到將危害降到最低的目的。

6 建立立體監(jiān)測系統(tǒng)

在有效的進行防護措施之后就要進行有效的檢測，建立“微震監(jiān)測系統(tǒng)”，采掘活動進行宏觀的監(jiān)測。在工作面開展震動波CT反演，對工作面的應(yīng)力活動進行反演，不斷優(yōu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測精度。

7 加強防沖培訓(xùn)

對于施工人員和相關(guān)的檢測人員來說，為了能更好的保證它們的生命財產(chǎn)的同時還能高效率的工作就要加強全員的防沖培訓(xùn)，來有效的防治沖擊地壓的發(fā)生。除此之外，不定時的進行相關(guān)知識的培訓(xùn)還可以提高工作人員的綜合素質(zhì)和專業(yè)技能，實現(xiàn) “有危險不沖擊、有沖擊不破壞，有破壞不傷人”的目標。

8 結(jié)語

沖擊地壓是一種較為復(fù)雜的災(zāi)害，發(fā)生原因也比較復(fù)雜，并且在國內(nèi)外專家的大量研究下還沒有一個對發(fā)生機理的統(tǒng)一認識。本文從煤層沖擊傾向性及應(yīng)力分布角度探討了沖擊地壓致災(zāi)條件以及預(yù)防措施，建立了較為完善的沖擊地壓綜合防治體系，對防治沖擊地壓災(zāi)害具有一定的意義。

參考文獻：

[1]竇林名，何學(xué)秋.沖擊礦壓防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.