煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术探究

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术探究

刘超辉 雷田 容宾宾

陕西彬长小庄矿业有限公司 陕西省西安市 710086

摘要：当前随着我国城市化建设如火如荼发展，对于能源的需求量也持续提升，煤矿行业在生产过程中，通过多种途径对现有的采煤方式进行改进，以提升煤炭的生产能力。煤矿在开采时，是一种由浅入深的开采方式，为了大幅度提升煤炭的开采量，需要向着煤矿的深层拓展，然而随着开采和挖掘的深度加大，所面临的问题也随之增多。

关键词：煤矿深部；开采；冲击地压；解危技术

在煤层开采时，通常根据冲击地压进行实施冲击防范措施，根据科学的规律进行现场的合理设计，从周围的岩石开始，根据其集中程度，防止出现大规模的弹性技能，以消除冲击地压，降低可能出现的各种危险。在进行煤矿深层次开采时，相关的工作人员需要在充分了解工作区域状况的基础上作出危险分析，同时提供有效的监测路径以及解决方式，以确保矿井能够顺利安全实施生产计划。

1煤矿深部开采冲击地压风险事故致因模式

对于煤层以及顶底板围岩而言，因为煤矿自身的稳定性不高，很容易出现破坏的情况，因为长时间的人为因素影响，很容易导致煤矿的深层受到自然因素的影响出现危险性增加的情况导致风险出现的概率增加，导致冲击地压出现的因素多且复杂，多种因素综合作用会产生严重的影响，在明确冲击地压风险发生的机理后，采取针对性应对措施，能够更好的提供矿井安全保护，在具体工作的过程中，根据轨迹交叉的理论模型构建风险事故归因分析，结合常规的数据以及经验资料，制定针对性应对措施，根据分析结果可以将冲击地压事故出现的风险分为开采深度、煤岩特性以及地质构造等三个类型。

2煤矿深部开采冲击致灾机理以及风险类型分析

2.1深部应变形型

在煤岩深部受力状态会随着作用力的改变而发生变化，同时会出现持续性的强流，因为对于煤层这种材料，它是一种塑性介质。一般情况下深部开采完成后，开采空间附近的岩石应力会再次进行分布，随后在受力作用影响下，会出现弹性以及塑性的改变。

根据热力学温标模型，室内的应变力的改变会导致砂岩出现不一样的情况，在对深部围岩建立基本弹性模型后，正常情况下，开挖扰动后围岩积聚能量，首先因为矿山自身的压力较大，因为压力的重新分布，会使得压力在围岩中积累，然后随着力的变化逐渐释放，产生了不同程度的对围岩的冲击，最终导致围岩受到严重破坏。同时因为它对围岩团聚体的弹性造成严重破坏，将内部的驱动力逐步释放，会出现围岩的快速变化。当内部的驱动力达到一定程度时，就会因为高压力的干扰耳产生区域应力的集中，且支护压力峰值与岩石深度之间呈反比关系，如果其数值则显示受到不同程度的阻碍。

2.2深部坚硬顶板型

当前煤矿开采的深度不断增加，煤体的弹性以及应变力发生了相应的变化，硬顶板的厚度以及长度随着开采的深度增加不断减少，体积密度随着区域变化不断增长，相关的研究人员在对深度分析的基础上，明确岩梁长度以及厚度的规律状况，一般情况下，岩梁中间出现能量的聚集，随着厚度的增加而增加，通常岩梁的长度从20m增加到40m，则聚集的能量会从0.278MJ增加到6.57MJ，随着岩梁的厚度从2m向4m增加，所聚集的能量则从1.82MJ增加到4.98MJ。以岩土破坏的能量原理规律为基础展开分析，可以得知，无论是何种情况下出现应力反应均会导致其稳定性以及可靠性发生变化而产生破坏，通过对岩体破坏的最小能量原理进行分析可知，无论是何种应力条件，如果破坏了系统的稳定性，都会导致破坏的发生，产生破坏时，需要消耗较多的能量，在产生坚硬顶板破坏时，煤岩开采后，岩体系统会自动进行弹性能量的存储，随着持续进行开采会逐渐将能量释放，在这种状况下，能够将岩体系统的可靠性以及稳定性持续强化，持续增加岩体开采的深度，系统能量会不断积蓄，从而引发原本的能量平衡被破坏，煤岩体被破坏后会产生大量的能耗，系统中两部分的能量增加以不同的形式输出，从而形成冲击地压。

3冲击地压检测预警技术

3.1自震式微震监测系统

自震式检测系统是一种实时监控的系统工具，通过分析矿山的位置以及能量变化状况，可以形成岩体应力的准确监测，分析顶板是否出现断裂，通过了解岩层的活动情况，应用 自震式微震监测系统解决岩体的监测问题，维持采空区下方开采时的安全状况。

3.2 应力在线监测系统

因为地应力以及采动应力的存在会导致工作状态受到影响进而产生体应力的变化，通过分析光纤以及光栅的状况，了解其工作的范围途径，借助于应力监测系统全面获取采掘区域以及煤柱的实施状况，通过钻孔应力观测，可以准确了解可能存在的危险因素，对于卸压以及危险防控具有积极的作用。另一种常见的冲压地压预警技术为钻削监测，此技术多应用于危险系数较高的情况，因为随着钻孔的深入出现的屑量不断增多，这回导致采动应力不稳固，针对这种情况，在进行挖掘的过程中，系统处理地面的压力情况，通过对钻孔实时监测，明确屑量变化状况，就能够实现对于冲击地压危险的预警。

3.3“全频广域”震动监测系统

传统的检测路径多应用于低频高能的系统事件监测，而对于高频的事件实施效果有限，如果冲击地压产生的全流程未能全面监控就会导致预警的准确性受到影响，同时还可能会产生误报的情况，根据专家的研究分析，借助于“全频广域”监测系统对各种频率进行监测，做到设备状况的全面测量，获取工作面以及港道围岩频率数据，做好煤矿安全监察。因为我国的冲击地压灾害预防频率分为高频小尺度、中频微波震伤等，通过全频广域震动监测系统能够将矿区发生的事件进行记录，对区域中的潜在危险元素展开分析。

4冲击地压防治技术

4.1冲击地压应力控制技术

当前我国的冲击地压压力控制是以防控为主，对于具体的冲击地压的原理尚未充分掌握，根据研究分析冲压形成因素，为后续冲压放置工作提供参考，冲击地压矿井在进行防范时，需要根据区域以及局部要求，在矿井的设计时，采用局部的防治措施，将危机程度削弱，区域防治从两方面入手，首先从优化开采的维度对危险区域进行防治，因为开拓以及采掘的顺序与方式不同，能够从源头上将开采的应力降低，从区域范围将煤岩应力降低，向煤体内注水，同时采用区域煤体卸压的方式对已经开采的工作面进行防冲，冲击地压的防治首先根据局部检测结果，明确影响的特殊因素，采取局部紧急处理措施，针对各个层级的特点采取卸压措施，每层钻孔进行爆破卸压、煤层注水。

4.2 冲击地压支护设备

对于冲击地压的危险区域则应该采取强化措施，所借用的器具包括支护设备氛围液压支架、锚杆等，常用的支护方式为主动支护以及钢架被动支护组合，常见的新型支护设备包括液压支架，能够增加工作助力，从而将整体的支护系数增大，结合优质的金属材料，提升支护中的阻尼系数，借助于优秀的吸入特性，形成稳定的变形让位结构，通过超高强热技术可以将锚杆的强度提高，在冲击载荷作用下其延伸的性能以及吸能能力均会得到提升，以满足巷道支护的需求。

5结语

煤矿的深部开采冲击地压防治时一个系统工程，在科学分类的基础上，构建防治系统，重点落实对于深部开采冲击地压的研究，明确深部冲击地压的危险因素机理。随着煤层开采的进程加快，各种新的煤层区域出现地压状况，充分了解其发生的机理以及类型，采取科学的防治措施，对于我国煤矿事业的发展以及维护人民的生命财产安全具有重大意义。

参考文献：

[1] 谭云亮,郭伟耀,辛恒奇,等. 煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究[J]. 煤炭学报,2019,44(1):160-172.

[2] 李明钦. 关于煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究[J]. 中国石油和化工标准与质量,2020,40(9).