巨厚砾岩层下深部仰采孤岛工作面回采期间冲击地压防治措施研究与分析

巨厚砾岩层下深部仰采孤岛工作面回采期间冲击地压防治措施研究与分析

郭军芳

河南能源义煤公司常村煤矿  河南省义马市  472300

摘要：冲击地压是采矿过程中突然释放的应力，是由掌子面采矿过程中地层应力的变化和砾岩层的强度/变形特征引起的。预防涉及支撑结构设计，如螺栓和桩支撑。应力调节包括钻孔、爆破和阻挡支柱。优化工作面布局，特别是在孤岛采矿中，以及设计高效的排水系统至关重要。这种多方面的方法确保了在降低冲击地压风险方面采取积极主动的立场，特别是在大量砾岩层下的深部采矿具有挑战性的地质条件下。

关键词：巨厚砾岩层；深部仰采；孤岛工作面；回采期间；冲击地压；防治措施

引言：

巨型厚砾岩层下的深部采矿岛工作面是指在大量砾岩层下进行挖掘的特定采矿配置，形成孤立的工作区。在这种情况下，冲击地压，即岩体中累积应力的突然释放，成为一个关键问题。在采矿作业中解决冲击地压问题的重要性怎么强调都不为过。首先，工作面开采过程会引起地层应力的变化，提高冲击地压发生的风险;其次，砾岩层的强度和变形特性有助于工作面对此类事件的敏感性。全面了解这些因素对于实施有效的预防措施至关重要，例如支护结构设计、应力调节技术和优化工作面布局，从而确保采矿作业在这种具有挑战性的地质环境中的安全性和稳定性。

一、冲击地压的形成原因

（一）工作面开采导致的地层应力变化

冲击地压是岩体内突然剧烈释放的应力，对采矿作业构成重大威胁。冲击地压的一个主要原因是工作面采矿活动引起的地层应力变化。随着开采的进行，从工作面开采矿石会导致周围岩层内的应力分布发生重大变化。材料的去除会改变力的平衡，从而产生应力增强的区域。这些应力集中，加上固有的地质条件，导致了冲击地压的可能性。了解和减轻这些变化对地层应力的影响对于实施有效的预防措施至关重要[1]。

（二）砾岩层的强度和变形特性

砾岩层的强度和变形特性对采矿作业中冲击地压的发生起着关键作用。砾岩是一种由砾石和鹅卵石大小的碎屑胶结在一起的沉积岩，具有独特的机械性能。砾岩层的强度决定了其承受采矿活动引起的应力的能力。如果砾岩层的抗拉强度低或容易发生脆性破坏，则更容易受到冲击地压的影响。此外，了解变形特征，例如岩石承受应变而不失效的能力，也至关重要。变形能力有限的砾岩层可能会经历突然的压裂和位移，从而导致冲击地压的可能性[2]。

二、冲击地压防治措施

（一）支护结构设计的应用

1. 锚杆支护

为了防止采矿作业过程中的冲击地压，一个关键的策略是应用支护结构设计，其中锚杆支护是一个突出的措施。锚杆支护是一种结构加固技术，涉及将锚杆安装到围岩体中，以增强其稳定性并抵抗突然释放应力的可能性。这些螺栓通常由钢制成，被战略性地放置在锚固岩层中，从而降低了可能导致岩石爆裂的断裂和位移的风险。锚杆支护的有效性在于其能够分散应力和提供加固，从而保持采矿结构的完整性[3]。实施这种支撑措施需要仔细评估地质条件，确保螺栓的位置能够抵消特定的应力集中。作为综合冲击地压预防策略的一部分，锚杆支护的应用体现了一种积极主动的方法，以在具有挑战性的地质环境中提高采矿作业的安全性和稳定性[4]。

2. 桩架支护

另一个重要的冲击地压预防措施是在采矿作业中应用桩支护。桩支撑涉及在工作面周围的岩体中战略性地安装桩或柱，旨在加固和稳定地质结构。这些桩通常由钢筋混凝土等材料制成，充当垂直支撑，分散和减轻应力集中。桩支护的有效性在于它能够为岩体提供额外的强度，减少突然释放应力的可能性和相关的冲击地压风险。桩的尺寸、间距和材料成分的选择是这种支撑结构成功不可或缺的一部分，需要仔细考虑具体的地质条件。作为综合冲击地压预防策略的一部分，桩支护的应用展示了一种积极主动的方法，可以提高采矿作业的安全性和稳定性，特别是在巨型厚砾岩层下深部上挖岛工作面的挑战性背景下。

（二）应力调节技术的应用

1. 钻孔爆破

应力调节技术的应用，特别是通过钻孔和爆破技术，是防止采矿过程中冲击地压的重要措施。钻孔和爆破涉及以预定模式控制炸药爆炸，旨在改变岩体内的应力分布。这种方法有助于逐渐释放累积的应力，减少突然和猛烈的冲击地压的可能性。通过战略性钻探，可以减轻关键区域的应力，受控爆破有助于管理能量的释放。正确规划钻孔和爆破模式对于确保有效的应力消除机制，同时避免意外后果至关重要。这种应力调节技术是一种积极主动的策略，可以缓解与巨型厚砾岩层下深部上采岛工作面相关的地质挑战，有助于采矿作业的整体安全性和稳定性。

2.阻挡性支柱

在采矿过程中防止冲击地压的应力调节技术的另一个重要组成部分是阻挡支柱的应用。阻挡支柱，也称为屈服支柱或屈服支柱，是战略性地放置在采矿环境中以吸收和调节应力的结构元件。这些支柱设计用于在过大应力下屈服，提供可控的能量释放，并防止可能导致岩石爆裂的临界压力的积累。阻挡支柱的屈服特性使它们能够在不影响采矿结构整体稳定性的情况下变形和吸收应力。阻挡支柱的实施需要仔细考虑地质条件和应力分布模式，以确保最佳放置。作为全面冲击地压预防策略的一部分，阻挡支柱有助于维持安全可靠的工作环境，特别是在巨型厚砾岩层下深部上挖岛工作面的挑战性环境中

[5]。

（三）优化工作面布置

1. 孤岛工作面布置

优化工作面的布局，特别是在巨型厚砾岩层下的孤岛工作面中，是防止采矿作业中冲击地压的关键措施。孤岛工作面的布局包括战略性地规划开采区和支撑结构，以最大限度地减少应力集中并促进稳定性。通过仔细安排开挖区域和支撑元件，采矿工程师可以降低砾岩层内突然释放应力的风险。这种优化可能包括调整工作面的形状和尺寸，考虑砾岩的地质特征，并纳入有效的排水系统。优化的孤岛工作面布局增强了采矿作业的整体安全性和稳定性，作为应对大量砾岩层下深部上采所带来的独特挑战的积极方法，最终降低了冲击地压的可能性。

2. 排水系统设计

在采矿作业期间，特别是在巨型厚砾岩层下深部上挖岛工作面具有挑战性的地质条件下，设计有效的排水系统是防止采矿作业期间冲击地压的综合战略的关键要素。经过深思熟虑的排水系统有助于管理地下水和孔隙压力，减少砾岩层内应力积聚的可能性。适当的排水可以最大限度地减少渗水的不利影响，例如孔隙压力增加和岩体变弱，从而提高工作面的稳定性。排水系统的设计考虑因素包括排水通道的布局、渗透材料的使用以及监测设备的集成以评估地下水位。通过优化排水系统，采矿工程师可以为更安全的工作环境做出贡献，降低冲击地压的风险，并确保采矿作业的整体成功和可持续性。

三、结语

综上所述，了解冲击地压的成因，即地层应力的变化和砾岩层的特征至关重要。概述的预防措施，包括支撑结构设计、应力调节技术应用、工作面布局优化共同构成了一个稳健的策略。通过全面解决这些因素，采矿作业可以主动降低冲击地压的风险。强调结构加固、战略布局规划和先进监控系统的结合，确保了更安全、更稳定的工作环境，特别是在大量砾岩层下的深部采矿的复杂地质条件下。

参考文献：

[1]路亚军, 吕经超, 白超强. 基于微震监测的孤岛工作面冲击地压防治实践[J]. 煤矿现代化, 2023, 32 (06): 21-24.

[2]马澜阔. 深部孤岛工作面巷道围岩控制技术研究[J]. 能源与节能, 2023, (10): 101-104.

[3]苑帅. 孤岛工作面多作业环节防火技术应用研究[J]. 能源与节能, 2023, (10): 158-160.

[4]裴元成, 魏启明, 何军, 陈振华, 殷鹏, 贾柏懿, 孙瑞, 李娟. 不规则孤岛综放面应力场演变规律及破坏特征研究[J]. 中国煤炭, 2023, 49 (10): 55-60.

[5]闫大利. 注浆锚索在孤岛工作面巷道补强支护中的应用[J]. 机械管理开发, 2023, 38 (10): 242-244.