淺談深部煤層沖擊地壓的防治措施

賀保雄

摘要：我國淺部煤層已經(jīng)逐漸枯竭，煤礦開采水平逐步將深部發(fā)展。隨著對深煤層的開采，面臨的沖擊地壓問題將更加突出，對深部開采沖擊地壓的預(yù)防、治理措施的需求愈加緊迫。因此，本文從理論角度詳細(xì)分析了目前我國煤礦沖擊地壓的防治措施。

關(guān)鍵詞：開采水平；沖擊地壓；防治措施

沖擊地壓是一個世界性的重大難題，涉及面廣、災(zāi)害嚴(yán)重，無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都是必須面臨的問題，如發(fā)達(dá)國家中的美國、德國、法國、日本等，發(fā)展中國家如：中國、南非，等都發(fā)生過沖擊地壓災(zāi)害，造成井毀人亡的慘劇[1]。例如，上世紀(jì)60年代南非Coalblocknorth煤礦發(fā)生的一次沖擊地壓，造成死亡437人的慘劇，井下破壞面積達(dá)3km2的慘烈事故[2]。2011年11月3日晚，我國河南義馬市千秋煤礦發(fā)生沖擊地壓事故造成10人死亡，多人受傷[3]。2013年1月12日，阜新礦務(wù)局五龍煤礦發(fā)生沖擊地壓，造成8人死亡等等一系列災(zāi)害事故，引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注和系統(tǒng)的研究。

1、沖擊地壓的特征

沖擊地壓（又稱沖擊礦壓）是煤巖體所承受的壓力超過自身的強度極限，受到人為擾動后，積聚在煤炭體中的大量彈性能瞬間釋放，將事故點附近的煤巖迅速拋出，并伴有刺耳的聲響，沖擊地壓的發(fā)生會造成巷道結(jié)構(gòu)、支柱設(shè)備的破壞以及從業(yè)人員的傷亡[4]。沖擊地壓事故還可能誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸以及礦井火災(zāi)等事故的發(fā)生。沖擊地壓發(fā)生時的特征主要有：

1）突發(fā)性。沖擊地壓事故發(fā)生前的煤巖變化微弱，征兆工作難度較大。2）產(chǎn)生巨大聲響。沖擊地壓事故發(fā)生時，會產(chǎn)生劇烈刺耳的聲響。3）沖擊性。積聚在煤巖體中的彈性能大量釋放的同時，會產(chǎn)生劇烈的沖擊波，并且沖擊波的危險性較強。4）產(chǎn)生強烈振動。事故發(fā)生時會引起事故點周圍的煤巖體產(chǎn)生強烈振動，甚至出現(xiàn)人員被彈起摔倒，設(shè)備被彈起、推移。5）伴隨煤體移動。根據(jù)事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)觀測可知，沖擊地壓事故發(fā)生時巷道端幫的煤體會發(fā)生推移，并在頂?shù)装辶粲胁梁邸?/p>

2. 沖擊地壓的預(yù)測方法

目前，對于沖擊地壓的預(yù)測主要從沖擊傾向性以及利用現(xiàn)場監(jiān)測手段對沖擊危險性進(jìn)行預(yù)測?，F(xiàn)階段對于沖擊地壓的預(yù)測手段主要有：頂板動態(tài)監(jiān)測法、鉆屑法、微震法、電磁輻射法等。由于篇幅限制，本文主要對頂板動態(tài)法和鉆屑法進(jìn)行詳述。

1）頂板動態(tài)監(jiān)測法。沖擊地壓事故發(fā)生前會出現(xiàn)煤層頂板斷裂聲響，煤層向已經(jīng)回采完畢的空間產(chǎn)生微小運動，并伴隨劇烈聲響；煤層頂板下沉量較大，巷道兩側(cè)煤幫移近量加大；在向煤層大鉆時，可能出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，巷道支護(hù)物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受損；井下采煤空間附近的頂板壓力劇增。

2）鉆屑法。鉆屑法是指通過向煤層大鉆，鉆孔直徑在42～50mm之間。通過觀察鉆孔在不同深度時排出的煤層鉆屑量及其變化情況，分析煤粉噴出規(guī)律，確定煤巖體中的礦壓分布情況。

通過在鉆粉率法是在高應(yīng)力帶，打鉆孔時取出的煤粉量V1與正常的排粉量V2之比，作為沖擊傾向變化的指標(biāo)，也稱鉆粉率指數(shù)K。它也可用煤量體積比或重量比表示：

（1）

重慶天池煤礦鉆粉率用體積比表示，其界限為：K=1.5～2.0，有弱沖擊危險；K>2.0，有較大沖擊危險。在高應(yīng)力帶鉆孔時，如發(fā)現(xiàn)鉆粉量增大、有爆破聲響、震動、卡鉆和鉆桿受沖擊等現(xiàn)象，就可判斷該區(qū)域發(fā)生沖擊的地點和時間。

3、沖擊地壓的防治措施

沖擊地壓的防治措施分為兩大類，一類是區(qū)域性描施，另一類為局部性措施。

3.1區(qū)域性防治措施。合理的開拓部署與正確的開采方法對于避免形成高應(yīng)力區(qū)（沖擊源）、防止沖擊地壓極為重要。國內(nèi)外大量實踐證明：許多沖擊地壓是在不合理的開采技術(shù)條件下造成的。因此，就防治沖擊地壓而言，開采技術(shù)措施是帶有根本性和先導(dǎo)性的指施，應(yīng)當(dāng)首先采用。

1） 開采保護(hù)層。開采煤層群時，為了降低潛在危險層的應(yīng)力，首先應(yīng)當(dāng)開采保護(hù)層。當(dāng)全部煤層都是危險層時，應(yīng)先開采危險性最小的煤層。當(dāng)危險層的頂?shù)装宥假x存有保護(hù)層時，建議先開采頂板保護(hù)層。2）避免形成孤立煤柱。劃分井田和采區(qū)時，應(yīng)保證有計劃的合理開采，避免形成應(yīng)力集中的孤立煤柱和不規(guī)則的井巷幾何形狀。3）頂板管理方法。對于具有沖擊危險的煤層，應(yīng)盡量采用長壁式開采，全部冒落法管理頂板。4）巷道布置原則。開采有沖擊危險的煤層時，應(yīng)盡量將主要巷道和硐室布置在底板中。5）開采程序。當(dāng)有斷層和采空區(qū)時，應(yīng)盡量采取由斷層或采空區(qū)開始的開采程序。此外，還要避免相向采煤；回采線應(yīng)盡量成直線，且有規(guī)律地按正確的推進(jìn)速度開采，一般推進(jìn)速度不宜過大。6）煤層預(yù)注水。煤層預(yù)注水的目的主要是降低煤體的彈性性質(zhì)和煤體的強度。相似材料模擬試驗結(jié)果表明：煤體注水后，支承壓力的分布要發(fā)生變化，峰值降低，峰值位置至煤壁的距離增加。煤層預(yù)注水通常是以小流量和盡可能低的壓力向煤體長時間注水。注水可在預(yù)先掘好的巷道內(nèi)進(jìn)行，超前注水距離不應(yīng)小于20m。7）頂板預(yù)注水頂板預(yù)注水的作用主要有兩點：一是降低頂板的強度，使原來不易冒落的堅硬頂板在采空區(qū)冒落，轉(zhuǎn)化成隨采隨冒的頂板，從而達(dá)到降低煤體應(yīng)力的目的；二是頂板注水后，本身的彈性性質(zhì)減弱，因而減少了頂板內(nèi)的彈性潛能，頂板注水后，煤體的支承壓力高峰也要向深部轉(zhuǎn)移。

3.2局部性防治措施。1）卸載鉆孔。卸載鉆孔就是在具有沖擊危險的煤體內(nèi)鉆直徑100mm左右的鉆孔。鉆孔后，鉆孔周圍的煤體受力狀態(tài)發(fā)生了變化，使煤體應(yīng)力降低，支承壓力的分布發(fā)生變化，峰值位置向煤體深部轉(zhuǎn)移。2）卸載爆破。卸載爆破就是在高應(yīng)力區(qū)附近打鉆，在鉆孔中裝藥進(jìn)行爆破。其目的也是改變支承壓力帶的形狀和減小峰值，炮眼布置應(yīng)盡量接近支承壓力帶峰值位置。3）誘發(fā)爆破。誘發(fā)爆破就是在具有沖擊危險的地段進(jìn)行大藥量的爆破，在人員撤出后人為地誘發(fā)沖擊地壓。4）煤層高壓注水。煤層高壓注水就是在工作面前方用高壓水注入煤體。一般開始注水壓力為12MPa，以后保持在4～6MPa之間，注水時間必須保證連續(xù)注水5～7a，使煤體含水量達(dá)到3%以上。高壓注水的作用效果是壓裂煤體，使煤體結(jié)構(gòu)破壞，從而降低承載能力，降低壓力，另外還能降低煤體的彈性性質(zhì)。

4、結(jié)束語

沖擊地壓是一個世界性難題，近幾十年，隨著我國煤礦的采掘深度和開采強度不斷增加，致使沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生愈加頻繁。因此，做好深部煤層沖擊地壓的研究已經(jīng)迫在眉睫，對于我國煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋召謙，朱煥然，陳龍.采煤工作面沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技.2014（11）.62-63.

[2] 王永利.淺談煤礦沖擊地壓防治技術(shù)應(yīng)用[J].民營科技.2013（06）.18-19.

[3] 李春林，章兵.沖擊地壓預(yù)測和防治[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì).2006，06（28）.101-104.

[4] 錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2013.

（作者單位：陜西陜煤榆北煤業(yè)曹家灘礦業(yè)有限公司）