煤矿冲击地压防治体系中的关键问题探讨

煤矿冲击地压防治体系中的关键问题探讨

王欢欢

大屯能源股份有限公司姚桥煤矿 江苏省徐州市沛县221600

摘要：随着我国社会生产力不断提升，煤炭资源的需求量不断提高，为了满足社会生产需求，需要不断提升煤矿开采作业效率，同时确保安全。为了在新建矿井设计阶段将区域防冲理念融入到矿井主要方案中，降低矿井生产期防治冲击地压工作难度和强度，在对冲击地压形成原因进行分析的基础上，提出了一种基于顶板断顶预裂和煤体超前爆破卸压的综合防冲击地压技术，对顶板断顶预裂、煤体超前爆破卸压的应用要点进行了深入分析。

关键词：煤矿冲击抵押；防治体系；关键问题

中图分类号：TD324    文献标识码：A

引言

冲击地压往往是煤岩固有属性、高静载应力、动载扰动等多种因素耦合作用的结果，而煤层上方厚硬顶板的存在不仅容易积蓄弹性能，其本身也是良好的高应力传导介质，而且其破断运动形成的动载荷又将直接作用于采场和巷道围岩，因此厚硬顶板对冲击地压的发生具有重要影响。

1 冲击地压机理

煤矿开采冲击地压受到开采深度、地质结构、煤岩结构以及外力的影响，冲击地压是地层在煤炭采掘过程中受到破坏引起的紧张和应力集中引起的缩短和变形，是在地下采煤过程中不可避免的现象;当开采达到一定深度后，会产生冲击地压，该深度被称为冲击地压临界深度。临界地压不具有固定性，不同煤矿中，冲击地压临界深度不同，受到煤矿所处区域的地质条件影响，通常冲击地压临界深度都会超过200m。在煤矿采煤作业期间，位置构造应力集中，使冲击地压危险系数提升，在厚度较大的坚硬顶板中，其结构性较强，开采达到一定距离后，容易出现断裂、滑落等问题，产生冲击地压现象，且直接顶与老底黏结组合是引发冲击地压的主要因素。根据冲击地压的机理来看，地压作用力是造成冲击地压的主要因素之一，与采掘高度、跨度、切向厚度、岩石强度、结构断裂状态等因素有关，在地下煤炭采掘过程中，压力被挤压到滑移煤层和废弃煤层之间，使煤层发生轴向压缩和水平缩短，沿着控制应力的方向，煤层内密实、强度高的岩石作用力增大，使其易发生破坏;同时，冲击地层塑性变形以及引起的应力和应变能的释放，都是引起冲击地压的一种机理，塑性变形是破坏煤层引起的一种地压形式，是决煤矿井底部不稳定程度的重要因素，发生了塑性变形就会破裂，变形程度愈大则断裂面积也越大。

2 冲击地压发生原因

（1）冲击地压源头属性与特性认识不清。已有研究关注冲击地压形成过程的复杂性而忽略了其系统性，缺乏从源头统筹防控的科学理念，导致行业对冲击地压源头属性与特性认识不清。

（2）冲击地压全过程精细模拟手段缺乏。目前针对冲击地压的数值模拟软件和方法极为缺乏，冲击地压物理模拟缺乏动力等效材料和工程比尺的试验装置，难以有效还原冲击地压从孕灾到成灾的全过程。

3 煤矿冲击地压防治措施

在煤矿开采生产中，冲击地压防治技术还存在着一定的问题，包括技术管理不成熟、监督技术应用不合理等，使防治效果受到负面影响。在煤矿开采中应该注重对技术的综合应用，确保技术应用效果，不断优化改进技术。

3.1 防治技术原理

爆破卸压技术是利用爆破对具有中高度冲击地压危害的应力集中区域进行卸压解除危险的方法。煤层卸压爆破是指在煤层内部爆破，卸压原理是使巷道围岩深部产生较多的孔隙和裂缝，孔隙与裂缝会使岩体的弹性模量下降，强度降低，存储的弹性能降低，消除冲击地压发生的力学因素。应用钻孔爆破卸压后，在煤层内部产生卸压区域，该区域导致支撑压力的峰值向煤层岩层深处逐渐转移，将储存在每层岩体中的弹性势能释放，消除冲击地压危险隐患。结合煤矿的实际，综合分析后可以采用爆破卸压技术。

3.2 顶板超前预裂爆破

由于煤矿井下顶煤硬度较高，导致放顶煤的块大而且多，对井下综采面的冲击性较大，因此需要进行顶板超前预裂爆破，破坏坚硬顶板的连续性，缩小周期来压布局。采用履带式液压钻机施工钻孔，钻孔的直径设置为75mm，钻孔间距为10m，每排设置2个钻孔，根据地质钻孔图，坚硬岩层的层位确定钻孔深度，一侧指向工作面，一侧指向巷道另一侧，为“上八字型”。井下爆破药采用煤矿许用二级乳化炸药，防静电塑料壳包装，规格：T320、Φ63mm，4kg/筒，L=1000mm,采用连接套连接,为防止出现瞎炮，炸药至眼口使用导爆索连接，每孔安装一根导爆索，每根导爆索放置2根数码电子雷管起爆,同一炮孔雷管段号必须一致，连接方式为并联，孔间并联，每次爆破一组。

3.3 防冲形成原因及分析

立足煤岩体物理属性、应力状态和结构特征等对冲击地压的作用机制，确定应力的冲击地压源头定位，研究煤岩体物性和结构影响下应力的驱动条件、响应特征和积聚机制，揭示煤岩体应力与覆岩结构互馈机理，阐明冲击地压的应力源头属性与特性；以煤岩体物性和结构为边界条件，探索煤岩体应力流运移规律，研究应力对冲击地压全过程的控制作用，揭示应力作为冲击地压源头的科学基础，形成冲击地压全过程孕灾理论；研究改造煤岩体结构实现应力控制的基本准则，揭示冲击地压井上下协同防治原理，形成冲击地压应力源头防治理论，为冲击地压防治新方法、新技术、新装备的研发提供理论支撑。

3.4 预测预警

3.4.1 微震监测

利用SOS微震监测系统，对工作面区域进行实时监测，每天进行震源的定位、微震能量的计算、统计等工作，通过监测矿震活动带的活动规律，对7010工作面进行冲击地压预警。7010工作面微震监测系统台站布置在工作面两巷，且不少于6个，监测范围可有效覆盖7010工作面回采区域，满足微震监测系统空间布置要求。后期微震台站布置应根据巷道情况及监测效果及时进行调整，两相邻微震台站布置间距为300~500m，且监测范围能完全覆盖当前工作面回采区域，确保监测效果。

3.4.2 局部监测

（1）施工前对施工区域60米范围内进行钻屑法监测，确认无冲击危险时再进行施工。（2）卸压及其它防冲治理施工结束后，必须进行效果检验，巷道全岩段可不施工效验孔。（3）停工3天及以上，恢复生产前必须采用钻屑法进行监测，确定无冲击危险后且经矿统一安全大检查、验收，待复工前的安全大检查发现问题整改完毕和验收合格后，接到同意回复生产的指令后，方可复工。（4）异常区域监测范围和监测点位置，可根据现场实际情况进行适当调整，缩短间距。①如果钻屑指标检测结果正常，则正常施工。②如果检测孔煤粉超标或有动力现象，经过大直径钻孔多轮卸压，未能起到有效的解危效果，则在检测孔周边间距5m施工孔深15m爆破孔，如将超标钻屑孔和新施工的两个爆破孔进行爆破后，在煤粉检测超标孔附近1m及两侧间距5m再次施工检测孔，如果指标正常则正常施工，否则继续在新检测孔周边5m进行爆破工作，然后按上循环施工检测孔，直到指标低于临界值。（4）特殊情况下（如构造区域），可通过延长监测范围和缩小监测孔间距等方法，增加监测孔数量，以判别巷道应力叠加的分布情况，确定危险区域。若钻屑法超临界值，则必须再打设一个钻孔进行验证。

4 结束语

综上所述，本文简要阐述了冲击地压问题的基本原理，分析了地质构造对于冲击地压的影响，总结了当前冲击地压防治技术的应用现状，结合实际案例分析了防治技术应用，对冲击地压防治技术的发展进行展望。

参考文献：

[1] 潘俊锋.煤矿冲击地压启动理论及其成套技术体系研究[J].煤炭学报,2019,44(01):173-182.

[2] 翟明华,姜福兴,齐庆新等.冲击地压分类防治体系研究与应用[J].煤炭学报,2017,42(12):3116-3124.

[3] 徐长厚.冲击地压防治关键技术分析[J].山东工业技术,2016(17):266.

[4] 付建华,李涛,于贵良等.基于FTA分析法的煤矿冲击地压防治研究[J].煤炭工程,2015,47(02):82-85.

[5] 欧阳振华.煤矿冲击地压灾害防治技术体系[J].煤矿安全,2014,45(11):168-171.