论文部分内容阅读
摘 要：冲击地压作为一种特殊的矿压显现形式，近年来随着煤矿开采深度的不断增加，其危害日趋严重。我国煤矿自1933年在抚顺胜利煤矿首次发生冲击地压以来，截至到2016年冲击地压矿井数量达到167对，山东省内冲击地压矿井56对，近年来每年都有因冲击地压导致的人员伤亡事故，冲击地压的有效防治已成为我国井工煤矿亟需解决的主要问题。对此，文章就煤矿冲击地压防治技术研究与应用的相关内容进行了简要的分析和研究，仅供参考。
关键词：煤矿冲击地压;防治技术;应用研究
1 引言
煤矿冲击地压的发生频率、强度及区域急剧攀升，可以说解决冲击地压问题已经迫在眉睫。总的来说，虽然取得了大量十分有价值的成果，但是我国冲击地压机理问题的解决还需做大量的工作。因此，在目前研究现状的基础上，应该尝试从应力的控制对其特殊地质条件下冲击地压的相关规律及发生机理进行研究，为深部复杂构造煤层下的矿压问题提供解危措施，以实现煤炭的安全生产。
2 工程概况
某煤矿企业年产300万吨，目前主要回采11#煤，11302综采工作面位于矿井11煤3盘区，设计采高4.5m，工作面长度252.7m，推进长度2139m，埋深350-380m，平均368m.煤层直接顶为细粒砂岩、中粒砂岩，平均厚度2.5m，基本顶为粉砂岩，平均厚度29.2m，坚硬，普氏系数f平均为4.2。直接地为砂质泥岩，平均厚度2.8m。
3 冲击地压诱因分析
第一，上覆岩层物理力学特性。基本顶粉砂岩饱和抗压强度30.21～50.10MPa，平均45.84MPa，弹性模量平均2.98GPa，泊松比平均0.18，软化系数平均0.70，强度半坚硬-坚硬，冲击能量指数平均值为6.44，属于具有冲击倾向性顶板，在一定开采条件下易发生冲击地压。第二，顶板结构。11302综采工作面上覆直接顶仅为2.5m厚的砂岩，在回采过程中极易冒落，其上覆为29.2m厚的基本顶，坚硬，在工作面回采过程中不易垮落，随着工作面推进，基本悬臂增加，不断积聚能量，达到顶板极限跨度时，突然折断释放大量能量，是造成冲击地压的重要因素。第三，地应力。矿井位于煤田向斜部，煤体自身呈一不均匀向斜构造，通过钻孔取芯对矿井地应力进行测试，测试结果显示，该矿最大水平应力为14.20MPa，最大垂直应力为9.86MPa。水平应力为垂直应力的1.44倍，水平应力加剧了煤岩体变形破坏，在工作面发生冲击地压情况下，煤岩体内部变形破坏急剧的能力突然释放，使得冲击地压现象更加剧烈。
4 煤矿冲击地压防治技术的应用
4.1 煤矿压力预测
第一，钻屑率指标法。这种方式又被称之为钻孔检验法，主要采用小钻头来打孔，按照钻进的出屑量变化情况对岩体内部应力集中进行判断，对冲击地压可能产生的位置进行判断。第二，工程地震探测法。采用人为的方式进行地震的产生，对地震的传播速度进行检测，从而绘制速度和时间表，按照地震波传输速率来对煤岩体当中的应力分布和可能产生冲击的可能性进行判断。第三，地音、微震监测法。采用微震或者低音来持续的对煤岩体当中所释放的声发射情况进行检测，按照所产生的变化规律对煤岩体所产生的冲击性进行判断。第四，综合测定法。为能够实现煤岩体冲击地压产生的时间和位置进行准确的判断，可对以上所阐述的这些方法进行综合应用。
4.2 卸压爆破技术
卸压爆破主要是在高应力的煤层当中采用定点爆破的方式，将冲击所产生的危险进行提前排除，从而降低冲击危险。卸壓爆破其作用还有使得煤层在爆破中使得周边的岩体产生裂缝，这样可以使得周边煤层的力学结构也会产生相应的变化，从而将弹性强度以及能量降低，使得冲击地压的强度和能量降低，避免应力的不断扩散。然而卸压爆破技术通常需在事前和事后加强合理的完善，事前调查主要就是判断是否需要爆破，并采用钻屑法进行合理的检测，在事后做好相应的回馈，确保卸压效果是否符合要求，降低安全隐患。
4.3 大直径钻孔卸压技术
煤层大直径钻孔是冲击地压灾害的主要防治手段之一，它通过在煤层施工直径不小于150mm的钻孔，实现破坏和软化煤体的作用，从而降低或转移煤体内的集中高应力。由于大直径钻孔卸压工艺简单易操作，目前已成为防治冲击地压的主流方法。关于煤层大直径钻孔冲击地压防治的卸压机理的研究较多，通过总结和分析，其卸压原理表现在以下2个方面：（1）调节应力分布大直径钻孔施工后，钻孔周围应力重新分布，其分布特征与钻孔围岩破坏变形情况密切相关。根据极限平衡理论，钻孔周边围岩受集中应力影响发生破坏，应力峰值随之向外转移，当某个位置内的支承力与破坏区的压力相平衡时，应力峰值便不再向外移动。此时，钻孔围岩各应力区域相对稳定，而在钻孔塑性区和破裂区，围岩内应力呈降低状态，从而起到卸压作用。（2）降低煤岩冲击危险性随着煤岩体内施工多个大直径钻孔，每个钻孔围岩的破裂变形使得钻孔周边产生一定范围的塑性破坏区，煤体力学性质的变化也使得冲击危险性发生变化。相对于钻孔卸压前的煤岩体的脆性破坏，钻孔周边的煤岩体具有了一定的压缩变形性能，呈明显“塑化”状态。多组大直径钻孔使得煤岩体整体结构发生改变，导致强度下降，而“塑化”的煤体积聚弹性能的能力也大幅下降，而以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加，使得煤的冲击倾向大幅减弱，甚至完全失去冲击能力。
4.4 勇于探索灾害耦合同防共治机制
随着开采深度的增大，煤矿灾害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，冲击地压事故起数逐年上升，诱发瓦斯事故起数也在增加，单打独斗的灾害防治措施往往顾此失彼。例如，在确定区段煤柱宽度时就遇到这样的矛盾，从防冲角度考虑，煤柱越小越好，甚至无煤柱开采;从防止煤炭自燃、防水角度考虑，煤柱必须有一定的宽度。再如，在抽放本煤层瓦斯时，施工的瓦斯抽放孔能不能作为下一步的防冲卸压孔，如何确定孔径，如何衔接时间，才能事半功倍等等，鼓励在《煤矿安全规程》规定范围内，探索多种灾害同防共治机制，提高灾害预防水平，保障煤矿安全生产。
5 结束语
在煤矿生产中冲击地压是其灾害之一，对煤矿的安全生产有着很大影响。所以，对冲击地压所产生的原因以及相关措施进行分析，是对冲击地压进行预测的主要方式。在煤矿实际生产中需做好防灾处理，不断加强相关防治技术的完善，采用相应管理方式将管理水平不断提升，降低事故的产生。
参考文献
[1]李勇.鸡西矿区冲击地压诱发机制及防治措施研究[D].中国矿业大学（北京），2013.
[2]潘俊锋，毛德兵，蓝航，王书文，齐庆新.我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术，2013，4106：21-25+41.
[3]田利军.忻州窑矿压缩型冲击地压发生机理及防治研究[D].辽宁工程技术大学，2013.
关键词：煤矿冲击地压;防治技术;应用研究
1 引言
煤矿冲击地压的发生频率、强度及区域急剧攀升，可以说解决冲击地压问题已经迫在眉睫。总的来说，虽然取得了大量十分有价值的成果，但是我国冲击地压机理问题的解决还需做大量的工作。因此，在目前研究现状的基础上，应该尝试从应力的控制对其特殊地质条件下冲击地压的相关规律及发生机理进行研究，为深部复杂构造煤层下的矿压问题提供解危措施，以实现煤炭的安全生产。
2 工程概况
某煤矿企业年产300万吨，目前主要回采11#煤，11302综采工作面位于矿井11煤3盘区，设计采高4.5m，工作面长度252.7m，推进长度2139m，埋深350-380m，平均368m.煤层直接顶为细粒砂岩、中粒砂岩，平均厚度2.5m，基本顶为粉砂岩，平均厚度29.2m，坚硬，普氏系数f平均为4.2。直接地为砂质泥岩，平均厚度2.8m。
3 冲击地压诱因分析
第一，上覆岩层物理力学特性。基本顶粉砂岩饱和抗压强度30.21～50.10MPa，平均45.84MPa，弹性模量平均2.98GPa，泊松比平均0.18，软化系数平均0.70，强度半坚硬-坚硬，冲击能量指数平均值为6.44，属于具有冲击倾向性顶板，在一定开采条件下易发生冲击地压。第二，顶板结构。11302综采工作面上覆直接顶仅为2.5m厚的砂岩，在回采过程中极易冒落，其上覆为29.2m厚的基本顶，坚硬，在工作面回采过程中不易垮落，随着工作面推进，基本悬臂增加，不断积聚能量，达到顶板极限跨度时，突然折断释放大量能量，是造成冲击地压的重要因素。第三，地应力。矿井位于煤田向斜部，煤体自身呈一不均匀向斜构造，通过钻孔取芯对矿井地应力进行测试，测试结果显示，该矿最大水平应力为14.20MPa，最大垂直应力为9.86MPa。水平应力为垂直应力的1.44倍，水平应力加剧了煤岩体变形破坏，在工作面发生冲击地压情况下，煤岩体内部变形破坏急剧的能力突然释放，使得冲击地压现象更加剧烈。
4 煤矿冲击地压防治技术的应用
4.1 煤矿压力预测
第一，钻屑率指标法。这种方式又被称之为钻孔检验法，主要采用小钻头来打孔，按照钻进的出屑量变化情况对岩体内部应力集中进行判断，对冲击地压可能产生的位置进行判断。第二，工程地震探测法。采用人为的方式进行地震的产生，对地震的传播速度进行检测，从而绘制速度和时间表，按照地震波传输速率来对煤岩体当中的应力分布和可能产生冲击的可能性进行判断。第三，地音、微震监测法。采用微震或者低音来持续的对煤岩体当中所释放的声发射情况进行检测，按照所产生的变化规律对煤岩体所产生的冲击性进行判断。第四，综合测定法。为能够实现煤岩体冲击地压产生的时间和位置进行准确的判断，可对以上所阐述的这些方法进行综合应用。
4.2 卸压爆破技术
卸压爆破主要是在高应力的煤层当中采用定点爆破的方式，将冲击所产生的危险进行提前排除，从而降低冲击危险。卸壓爆破其作用还有使得煤层在爆破中使得周边的岩体产生裂缝，这样可以使得周边煤层的力学结构也会产生相应的变化，从而将弹性强度以及能量降低，使得冲击地压的强度和能量降低，避免应力的不断扩散。然而卸压爆破技术通常需在事前和事后加强合理的完善，事前调查主要就是判断是否需要爆破，并采用钻屑法进行合理的检测，在事后做好相应的回馈，确保卸压效果是否符合要求，降低安全隐患。
4.3 大直径钻孔卸压技术
煤层大直径钻孔是冲击地压灾害的主要防治手段之一，它通过在煤层施工直径不小于150mm的钻孔，实现破坏和软化煤体的作用，从而降低或转移煤体内的集中高应力。由于大直径钻孔卸压工艺简单易操作，目前已成为防治冲击地压的主流方法。关于煤层大直径钻孔冲击地压防治的卸压机理的研究较多，通过总结和分析，其卸压原理表现在以下2个方面：（1）调节应力分布大直径钻孔施工后，钻孔周围应力重新分布，其分布特征与钻孔围岩破坏变形情况密切相关。根据极限平衡理论，钻孔周边围岩受集中应力影响发生破坏，应力峰值随之向外转移，当某个位置内的支承力与破坏区的压力相平衡时，应力峰值便不再向外移动。此时，钻孔围岩各应力区域相对稳定，而在钻孔塑性区和破裂区，围岩内应力呈降低状态，从而起到卸压作用。（2）降低煤岩冲击危险性随着煤岩体内施工多个大直径钻孔，每个钻孔围岩的破裂变形使得钻孔周边产生一定范围的塑性破坏区，煤体力学性质的变化也使得冲击危险性发生变化。相对于钻孔卸压前的煤岩体的脆性破坏，钻孔周边的煤岩体具有了一定的压缩变形性能，呈明显“塑化”状态。多组大直径钻孔使得煤岩体整体结构发生改变，导致强度下降，而“塑化”的煤体积聚弹性能的能力也大幅下降，而以塑性变形方式消耗弹性能的能力增加，使得煤的冲击倾向大幅减弱，甚至完全失去冲击能力。
4.4 勇于探索灾害耦合同防共治机制
随着开采深度的增大，煤矿灾害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，冲击地压事故起数逐年上升，诱发瓦斯事故起数也在增加，单打独斗的灾害防治措施往往顾此失彼。例如，在确定区段煤柱宽度时就遇到这样的矛盾，从防冲角度考虑，煤柱越小越好，甚至无煤柱开采;从防止煤炭自燃、防水角度考虑，煤柱必须有一定的宽度。再如，在抽放本煤层瓦斯时，施工的瓦斯抽放孔能不能作为下一步的防冲卸压孔，如何确定孔径，如何衔接时间，才能事半功倍等等，鼓励在《煤矿安全规程》规定范围内，探索多种灾害同防共治机制，提高灾害预防水平，保障煤矿安全生产。
5 结束语
在煤矿生产中冲击地压是其灾害之一，对煤矿的安全生产有着很大影响。所以，对冲击地压所产生的原因以及相关措施进行分析，是对冲击地压进行预测的主要方式。在煤矿实际生产中需做好防灾处理，不断加强相关防治技术的完善，采用相应管理方式将管理水平不断提升，降低事故的产生。
参考文献
[1]李勇.鸡西矿区冲击地压诱发机制及防治措施研究[D].中国矿业大学（北京），2013.
[2]潘俊锋，毛德兵，蓝航，王书文，齐庆新.我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术，2013，4106：21-25+41.
[3]田利军.忻州窑矿压缩型冲击地压发生机理及防治研究[D].辽宁工程技术大学，2013.