煤矿冲击地压灾害及防治技术分析

煤矿冲击地压灾害及防治技术分析

宋淑浩，于文松，冯帆

鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司

摘要:煤矿开采作业过程中，冲击地压灾害作为一种矿山压力现象，属于动力灾害的范畴。由于矿山压力现象具有特殊性，具体形成冲击时的原因十分复杂，一般的冲击地压都会对矿井带来较大的危害。因此需要明确煤矿冲击地压灾害的特征及破坏机理，并掌握煤矿冲击地压灾害的分类，分析冲击地压灾害产生的条件及影响因素，并进一步采取煤矿冲击地压灾害的防治技术是十分必要的。

关键词:煤矿;开采;冲击地压;灾害;防治

1煤矿冲击地压灾害的主要产生条件分析

1.1煤层和围岩具有冲击倾向

在煤矿采矿过程中，煤岩的受力情况很容易遭到破坏，其主要的破坏类型是亮煤和镜煤。如果煤层的硬度很大、湿度很小且抗压强度比较高，这样的情况就很容易导致冲击地压灾害的发生。经过大量的实践研究发现，对于中硬度的煤层以及硬煤层，如果其抗压强度超过200kg/cm2，则很容易发生冲击地压灾害。同时，如果围岩具有冲击倾向，也很容易导致冲击地压灾害的发生。对于顶岩，如果其属于厚层形式的砂岩或者是石灰岩，顶板便会具备比较强的冲击倾向。之所以会产生较强的冲击倾向，是因为在这种围岩条件下，顶板很容易产生悬空板，进而导致弯曲性能的大量积聚，大幅度提升回采面前方弹性能。在这样的情况下，一旦冲击地压灾害爆发，将会带来非常严重的破坏性。

1.2回采工作面附近有大量的能量集中情况

通常情况下，冲击地压灾害的发生位置为回采工作面前方，与其距离在15~50m，是回采工作面前方的压力支承区域。通过大量的实践总结和分析发现，如果回采工作面附近的煤层中有大量的弹性形变能积聚，在超过了煤层所能承受的强度极限时，冲击地压灾害便会发生。如果倾向支承和走向支承之间出现了压力叠加现象，冲击地压灾害的发生会更加频繁，且更加猛烈。

在对工作面进行掘进的过程中，导致冲击地压灾害的产生能量来源有很多，比如掘进面所在位置有集中的构造应力、原岩的构造应力非常大、掘进面所在位置刚好是采场前方或者是煤柱的压力支承高峰区域等。具体开采过程中，因为煤矿有着非常复杂的地质条件和构造条件，且存在很多断层，加之开采强度和开采深度的加大，就会在开采区域内形成越来越大的构造应力，进而导致煤岩内部出现能量集中的情况，在这样的情况下，冲击地压灾害也很容易发生。

1.3采场中有能量释放空间存在

在煤矿开采过程中，采场内的弹性形变能量通常都十分巨大，且其附近又有工作面或巷道等的这些空间存在。在这样的情况下，如果煤体所承受的形变能量超过了自身极限，冲击地压灾害便会爆发。如果不存在这些能量释放的空间，伴随着采场的移动以及受力条件转变，其中所聚集的弹性变形能力将会逐渐缓解，一直到恢复常态。由此可见，巷道挖掘数量越多、切割量越大，冲击地压灾害的发生概率也就越高。

2煤矿冲击地压的分类

2.1依据应力状态分类

冲击地压分类时，当根据煤体应力状态进行划分时，以重力型、构造应力型和重力构造型3类冲击地压为主，具体要以构造应力诱发冲击地压形成的强弱程度及是否是由于主体承重力与构造力联合而引发的冲击地压，以此来对冲击地压的类型进行判定。

2.2依据冲击地压破坏程度分类

根据冲击地压破坏程度可以将其划分为抛射型冲击地压、震动型冲击地压、轻微型冲击地压和强烈型冲击地压4种。抛射型冲击地压是在高强度应力下煤体及岩石抛射情况，具有严重响声。震动型冲击地压在煤体内部冲击地压中时常发生，发生时煤体和岩体深处出现严重的破损现象，煤壁也易出现坍塌和片帮等情况，煤体会出现严重晃动，声音如雷鸣且伴有矿尘四起的现象，这种地区属于相对微弱的冲击地压。轻微型冲击地压震级通常在2级以下，而且伴有大量的块状煤，岩石由煤岩壁中向采空区射出，不会对支撑体和工作人员带来严重侵害，但矿尘飞起高度和声音都较大，瓦斯煤层中易出现瓦斯气体大量扩散的情况，因此要加大管控和预防的力度。强烈型冲击地压发生时，部分区域的煤体和岩体会快速分裂和破碎，而且具有一定程度的杀伤力，通常会飞射向采空区域，液压支柱易出现倾斜和折断的情况，大面积岩体和煤体易出现震动的情况。

3煤矿冲击地压灾害的防治技术分析

3.1煤矿压力预测技术

利用煤矿压力预测技术可以对煤炭倾向压力进行预测，并科学检测煤炭岩石硬度，在实际应用煤矿压力预测技术时，能够综合考虑到煤岩内部的各种因素，这也使该技术应用十分广泛。当前在煤矿开采作业过程中，一些煤矿冲击地压具有较强的倾向性，这种倾向性可以通过实验来进行检验。一般会在煤炭开采前做好实地测绘和分析，以此来保证后续井下作业的安全。也可以利用钻屑法，通过在煤体内进行钻孔作业，以此来获得煤粉量，并掌握具体的变化规律，科学地对煤层潜在冲击危险的等级进行划分，并借助于仪器设备对煤矿冲击地压开展有效的预测。一般会以10m为一个间隔，合理进行测点设置和合理控制测量检测时间。详细记录煤矿破坏期间的各种数值，并合理运用相应的方法对煤矿冲击地压风险进行预测。具体可以采用静态临界值法和动态趋势值法。针对工作面实施检测过程中，具体可以使用便携式电磁辐射仪，根据获取的检测数据来预防冲击地压灾害。

3.2大直径钻孔卸压

通过减弱煤岩应力集中的情况也可以降低冲击地压灾害的发生。通常会针对应力集中或是巷道采煤较深的情况设置卸压孔，或是采用无煤柱、消除邻近层煤柱相互作用及优化开采顺序等方式来进行减压，降低冲击地压发生的概率。具体卸压时，对于冲击地压爆发位置，通过设置大直径钻孔进行卸压。大直径钻孔设置后，会破坏巷道内的围岩结构，这样可以将其转化为弱化带，促进一些部位的高应力不断向深度位置扩散，使巷道位置处的围岩应力下降。而且大直径钻孔在冲击地压发生时，还有利于吸收冲击煤粉，卸压区内的顶底板在冲击地压发生时能够构建起闭合楔形阻力带，对煤体冲击起到一定的阻挡作用，降低其带来的损失。在针对高应力环境进行开采作业时，利用钻孔卸压能够对钻孔周边的煤体和岩石起到有效的破坏作用，释放出煤层中的能量，以此来削弱冲击应力。具体作业过程中，以煤层压力和高压力的释放作为主要方式，更符合煤层开采作业的具体要求。通过应用钻孔方式将岩石高应力向其他岩体转移，达到卸压的目的。具体作业时应与实际情况相结合，合理选择钻机型号，钻杆长度和钻头直径也要与实际情况相符，打孔深度还要与标准距离相符，合理控制孔身与底板的距离。实际钻孔施工时，采取单排钻孔方式进行布局，并对钻孔参数实施有效控制，使其在起到卸压作用的同时，进一步保证钻孔作业的安全性。

4结束语

综上所述，在煤矿井下开采的过程中，一旦发生冲击地压灾害，将会对井下作业的顺利进行和工作人员的人身安全造成直接伤害。因此，在具体的井下作业中，煤矿一定要通过其发生原因分析和影响因素分析全面了解此类灾害的具体形成条件。同时以此为依据，通过合理的措施加以防治。这样才可以有效避免此类灾害的发生，保障煤矿井下开采作业的安全有序进行，为煤矿发展和整个煤炭行业的发展奠定坚实的技术基础。

参考文献:

[1]潘一山，代连朋.煤矿冲击地压发生理论公式[J/OL].煤炭学报:1-14[2021-03-27].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.YT20.1946.