冲击地压防治关键理论与技术分析左宏强

冲击地压防治关键理论与技术分析左宏强

左宏强

陕西长武亭南煤业有限责任公司陕西省咸阳市713602

摘要：近年来，我国对煤矿的需求不断增加，对煤矿资源的开采也越来越多，煤矿开采工作逐渐转向地球深处。由此，高地应力、高地温、高岩溶水压等增加了冲击地压发生的概率增加了煤矿安全作业的难度。

关键词：冲击地压；防治理论；防治技术

引言

在煤矿进行安全作业时，受到最主要的灾害就是冲击地压，其不仅会对作业空间内的煤岩体造成剧烈的破坏，严重时还可能会导致瓦斯爆炸、煤尘爆炸与冒顶等二次灾害。因此，研究冲击地压的防治理论与技术是具有现实意义的，对于煤矿事业的发展有着极为重要的影响。

1冲击地压防治理论

冲击地压灾害严重威胁了煤矿开采事业的安全，但是对其产生原因的理论分析还尚未成熟，使得防治冲击地压危害的难度增加，因此，当前的防治工作具有一定的盲目性，不能达到预期效果。而矿井方面对于冲击地压灾害的态度也存在较大差异，或是对冲击地压灾害不理不睬，不重视对其进行防治。或是大力投入，全力治理，但是防治体系较为混乱，使得治理效率极低。而冲击地压防治理论主要包括以下几点。

1.1确定冲击地压与矿震之间的关系

矿震主要是指受到矿区内岩层断裂、构造活化与矿柱破碎以及采动塌陷等的影响，使得矿区内出现震动的现象。而冲击地压则主要是指巷道四周与采场承压变形、破坏而产生的一种灾害。而冲击地压与矿震之间互为因果关系，冲击地压可能会引发矿震，而矿震也可能会导致冲击地压，因此，二者之间的关系需要人们注意。还有一种微震现象是受到煤矿开采作业的影响而导致围岩被破坏而出现位移的现象。由此可知，对于防治原发性矿震的难度极大，而防治巷道与采场等的冲击地压灾害则相对较为容易。因此，工作人员必须能够明确区分冲击地压与矿震之间的关系，只有这样才能够制定合理的工作方案。

1.2上盘岩层空间结构理论

工作人员应通过运用这一理论来对动力灾害区域进行划定，以避免在进行深层开采时，对采场应力分布产生影响的岩层范围会超出基本顶与直接顶的范围。因此，工作人员只有对采场周围的应力分布进行研究，才能够有效避免多层结构的岩层引发出矿震或冲击地压。

1.3水平应力突变理论

工作人员还应通过运用这一理论还对矿震与其引发的冲击地压进行预测。这是由于那些在顶板处有坚硬岩层的矿井更易发生强烈矿震，并会导致冲击地压的发生，而这种灾害往往较难预测。只有根据坚硬岩层的水平应力变化才有可能会对矿震发生位置进行有效的预判。

1.4构造应力与采动应力耦合理论预测区域性动力灾害

大量动力灾害是与断层、褶曲和相变构造相关的，而且是由采动应力“触发”的。因此，地质探查是防冲的重要基础工作。

1.5静-动应力场理论

工作人员还应运用这一理论来对作业危险区域进行准确判断，并保证工作面巷道的布置合理。这是由于在煤矿中，相邻采空区上部的高应力位岩层能够将地压传向远处的侧向煤体，而其形成的应力场并不受工作面的开采影响，因此，将这种应力场成为静应力场。一旦巷道口区域的应力达到了冲击的临界值，就极易发生冲击地压灾害。同时，工作面的长度与矿柱的宽度也是影响冲击地压发生概率的重要因素。

1.6膨胀冲击理论

厚及特厚煤层、软煤层及高瓦斯煤层地压灾害防治及评估的理论研究尚处于起步阶段。但是经过大量数据分析后可以发现，厚及特厚煤层开采破裂之后，因其体积膨胀出现了“应力集中和应力均化”现象，这是导致发生大范围、大强度冲击地压发生的重要原因。

2冲击地压防治关键技术

2.1水力压裂技术

水力致裂技术在原来主要是应用于石油、天然气等开采中。在波兰，煤矿广泛的应用于定向水力致裂技术用来劈裂坚硬厚层砂岩的顶板，制造人为弱面的结构，改变顶板的物理属性，使坚硬顶板的强度变弱化，从而达到预防冲击地压发生的目的。水力致裂技术的原理是利用钻孔水施加压力的作用，改变孔边岩体的应力分布状态，导致孔边的起裂和裂缝的扩展，进而利用来自裂隙水的压力，控制水压来压裂裂缝并扩展，弱化了岩体的整体力学的特性;同时改变岩体的渗透性能，使岩体可以充分的吸水湿润，同时进一步弱化岩体。在矿压监测系统的监测基础上，总结以往的工作的经验，在工作面尾巷，一般是临空、顶抽巷、工作面切眼的制定合理的水力压裂方案并实施。通过水力压裂的实施，破坏了坚硬顶板的整体性，弱化了煤岩，效果显著。

2.2煤层卸压爆破技术

当出现自重应力的冲击地压灾害时，工作人员要合理的应用煤层卸压爆破技术来进行预防。这是由于巷帮高应力与能量主要积聚在两帮煤体或其中一侧，工作人员可以利用爆破技术来对帮部煤体进行卸压操作，进而实现对冲击地压灾害威胁的降低。而卸压完成的两帮浅部煤体的受压情况明显减轻，而压力的峰值逐渐转向煤体深处，同时上覆岩层的自重应力也逐渐转向深处，由具有更高强度的煤体来承担。

2.3超前深孔断顶预裂爆破技术

超前深孔断顶预裂爆破技术也是一种关键技术，要求配备专业人员，对冲击低压的有效防治。这种爆破技术是在顶板岩层内部使用的且不具备爆破自由面的一种方式，其应用原理在于通过爆炸活动产生的动压震裂与静压爆生气体的气楔来让向顶板施加作用力，破坏顶板结构的整体性，让顶板能够产生预裂隙，并随着工作面推进，让顶板能够在超前支承压力与支架初撑力作用下垮落，实现应力集中程度的降低。需要工作人员注意的是，具体施工位置应布置在工作面两巷超前支承压力影响范围内，并应将峰值处作为重点进行爆破卸压。

2.4断底爆破技术

断底爆破技术主要是应对构造应力型冲击地压。这是由于巷道底板在受到水平构造应力作用下，极易出现压缩弯曲变形的问题，甚至会在达到一定条件下，出现屈曲破坏问题，导致发生冲击地压危害。因此，工作人员应将爆破重点放在弹性能积聚层位，进而降低弹性能大小，并对其再次积聚弹性能造成一定阻碍。同时，巷道底脚受到两帮垂直应力与底板水平构造应力的共同作用，其应力集中程度较高。而通过爆破而产生的松动区域不仅能够为底板内水平应力提供垫层起到缓冲作用，还能够让上覆层高应力向底板岩层进行连续性的传递，进而达到阻隔的目标。此外，工作人员还需注意的是，在对底板冲击较为严重的巷道，应将断底爆破技术与巷帮煤层爆破卸压技术结合使用，效果更好。

结语

综上所述，冲击地压与矿震是当前我国煤矿开采事业中较为常见的地质灾害，极易引发次生灾害进而造成较大规模的安全事故等。因此，为了实现煤矿开采事业的不断发展，必须积极研究冲击地压灾害的有效防治技术。随着矿井开采范围及深度的增加，冲击地压发生的程度及其带来的灾害程度也随着增加，对于防治技术及措施要求也越来越严格。绝大部分煤矿只要相关领导能重视起，措施制定到位，管理合理，技术人员及相关设备投入到位，冲击地压灾害是可以得到很好控制的。对于超深井、急倾斜井、巨厚煤层、地应力异常等特殊冲击地压防治体系，有待进行进一步研究。

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