浅谈煤矿冲击地压区域应力控制技术

浅谈煤矿冲击地压区域应力控制技术

朱金平

华亭煤业集团有限责任公司陈家沟煤矿

摘要：煤矿冲击地压是一种严重的矿山灾害，会影响到矿山的日常生产安全及工人生命安全。本文针对于煤矿冲击地压的分类与影响因素展开分析，并探究了区域应力控制技术。希望通过对各种技术的分析，进一步增强冲击地压防治水平，给矿山的安全生产提供助力。

关键词：煤矿冲击地压；区域应力控制；技术研究

引言：

    煤矿冲击地压现象是因为在矿井开采之中的岩层应力集中，超出了岩体的强度极限，从而导致岩体出现破裂，并释放大量能量形成的动力效应。伴随矿井开采深度增加与强度提升，冲击地压问题的产生也日益频繁，成为影响煤矿安全生产的重大隐患。为有效解决这一问题，需要通过多种应力控制技术进行分析，探究其在实际工程中应用效果，给煤矿冲击地压防治提供科学依据。

一、冲击地压的分类

1. 构造型冲击地压

    构造型冲击地压是因为地质构造因素导致的，大多与断层、褶皱、节理等地质结构具有关联。在矿井开采活动接近这些地质构造时，岩体内部应力会重新分布，从而使局部区域的应力快速集中，超出强度极限，产生冲击地压。这一类型地压往往伴随突发性与不可预测性，因此危害较大。

2. 重力型冲击地压

    重力型冲击地压是因为岩层自身重力作用导致的，大多发生在深部开采区域。在深部矿井里，由于开采的深度不断增加，覆盖岩层的重量也在累积，从而致使岩层之中的垂直应力不断增大，在垂直应力集中在某一个区域的时候，一旦超出了岩体强度极限，就会产生这种冲击地压[1]。并且重力型冲击地压具有显著区域性与持续性，通常伴随开采深度的增加，其出现的概率与强度也随之增加。

3. 综合型冲击地压

    导致综合型冲击地压形成的因素较为复杂，如：地质构造因素、重力因素、人为开采活动因素等。这一类型冲击地压大多在一些比较复杂的地质环境中更加容易出现，因此十分难以预测。比如，断层附近深部开采区域，因为存在断层错动、垂直应力集中等各种问题，就很容易出现综合性冲击地压。

二、应力对冲击地压的影响

    在煤矿开采过程之中，一旦岩体内部应力分布不均匀，就容易出现应力集中现象，从而出现冲击地压。矿井开采活动会对岩层的应力状态产生改变，致使原有平衡被破坏，导致局部应力增加。尤其是在断层、褶皱地质构造周边，情况则更为复杂。除此之外，研究得知，断层和构造应力带周边，属于冲击地压问题经常产生区域。通过对已经出现的相关事故进行分析，发现其与地质特征、构造形成演化过程和应力形成的环境之间，也具有密切的关联。地质构造针对于冲击地压而言，属于决定性的诱导因素，并且也很难控制。人为因素方面，如果出现了不合理开采设计、开采速度过快，都会导致应力迅速集中，增加冲击地压事故发生的概率。

三、煤矿冲击地压区域应力控制技术

1. 矿井地应力测量

    矿井地应力测量属于控制及预防冲击地压的基础工作。精准测量与分析矿井内岩石应力分布状况，可为后续制定合理控制计划，提供科学依据。测量环节使用的方法较多，比如，钻孔应力解除法、液压制裂法等等。这些方式可在不同深度及位置了解岩体的应力数据，从而识别应力集中区域和潜在的冲击地压危险点。比如，钻孔应力解除法是在岩体中钻孔，并且释放应力，测量应力分布，属于一种较为常规的方式[2]。而液压制裂法则是通过液压压裂岩体，并监测裂纹拓展情况，来了解应力分布状况。

2. 三维地质力学建模

    三维地质力学模型属于一种先进的技术方法，是通过建立矿井区域三维地质力学模型，去模拟分析岩体开采中的应力场变化状况。这一模型可综合考量地质构造、力学性质以及矿井开采活动等多种因素，从而精准反映出矿井内部的应力分布及演变过程。三维地质力学建模，一般会使用数值模拟方法。比如，有限元法、离散元法和边界元法等，了解岩体应力位移以及变形的模拟计算，从而预测出应力集中区域及潜在危险区域。通过这一模型运用，即可制定多方案的应力场模拟分析，优化整体开采设计，并为制定合理的支护与预泄压措施提供助力。

3. 三维地应力场反演

    三维地应力场反演是利用实际测量数据与数值模拟技术，重建和分析矿井区域内应力场分布的一种方式。在使用过程中，需在矿井内布置应力传感器，收集不同区域和深度的应力数据，结合矿井地质结构、岩层特性等多种信息，构建初始的地应力场模型。然后使用反演算法，对于初始模型进行优化，让模拟结果与实际的测量数据相匹配，从而得到精准的三维地应力场分布。常规的反演算法有最小二乘法、贝叶斯反演方法等。通过反演得到的应力场数据，可用于优化矿井开采设计，提升矿井整体安全管理水平。

结束语：

    综上所述，煤矿冲击地压是在矿井开采过程之中不容小觑的安全隐患问题，伴随开采深度与强度增加，威胁也日益加剧。本文针对冲击地压的类型进行分析，并探究了矿井地应力测量、三维地质力学模型和三维地应力反演等区域应力控制技术。通过这些技术策略的使用，可有效控制矿井中的应力集中现象，降低冲击地压出现的风险，保证矿山的生产安全与效率。

参考文献：

[1]齐庆新,马世志,孙希奎,等.煤矿冲击地压源头防治理论与技术架构[J].煤炭学报,2023,48(05):1861-1874.

[2]赵善坤,齐庆新,李云鹏,等.煤矿深部开采冲击地压应力控制技术理论与实践[J].煤炭学报,2020,45(S2):626-636.