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深井煤礦沖擊地壓及防治措施機理研究

2019-09-10 01:27趙西坡劉引召
名城繪 2019年7期
關(guān)鍵詞:沖擊地壓防治措施

趙西坡 劉引召

摘要:沖擊地壓是采掘空洞圍巖積聚的彈性勢能的突然釋放,常導(dǎo)致圍巖拋射、工程結(jié)構(gòu)破壞,甚至人員傷亡。在較強的應(yīng)力作用下伴隨沖擊波及震動,也稱為煤爆。礦井沖擊地壓發(fā)生有明顯特征,需要及時進行防護措施。鑒于此,本文分析探討了深井煤礦沖擊地壓及防治措施機理,以供參閱。

關(guān)鍵詞:深井煤礦;沖擊地壓;防治措施

隨著開采深度的加深,深井煤礦開采中的沖擊地壓現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)增多。沖擊地壓是指在一定條件下,由于煤巖的動力釋放現(xiàn)象,在巷道或工作面周圍產(chǎn)生的高彈應(yīng)力,由于彈性能量瞬間的釋放從而對礦井造成極大的破壞,其往往伴隨巨響,拋起煤巖,對開采空間和配套開采設(shè)備造成極大破壞,導(dǎo)致礦井部分坍塌,從而在深井表面造成局部地震。

1礦井發(fā)生沖擊地壓時的特點

(1)危險性。沖擊地壓根據(jù)破壞程度可分為三類:①輕型,采掘設(shè)備輕度破壞,可不停產(chǎn)同時維修設(shè)備;②中型,采掘設(shè)備損壞嚴重,支護構(gòu)建完全破壞,必須中斷生產(chǎn);③重型,工程結(jié)構(gòu)完全破壞,需更換新的支架,并影響到其他工程結(jié)構(gòu)。(2)普遍性。自然條件下,沖擊地壓發(fā)生在除褐煤以外其他所有煤種。地質(zhì)構(gòu)造上,煤層薄厚、地質(zhì)條件簡單復(fù)雜、傾角大小和煤層開采深度大小都會發(fā)生沖擊地壓。生產(chǎn)技術(shù)條件上,長壁式采煤法等大量開采工藝都出現(xiàn)過沖擊地壓。(3)多樣性。沖擊地壓表現(xiàn)的現(xiàn)象都有深部沖擊、淺部沖擊和煤爆等。深部沖擊出現(xiàn)在煤層深部,聲音沉悶;淺部沖擊出現(xiàn)在煤層淺部煤壁6m以內(nèi);煤爆表現(xiàn)為煤壁破裂并拋射出小塊煤體。(4)突發(fā)性。無預(yù)兆且時間短暫,一般幾十秒以內(nèi)。

2沖擊地壓防治措施

目前,我國礦井的沖擊地壓防治措施主要包括:鉆孔卸壓技術(shù)、爆破卸壓技術(shù)、煤層注水技術(shù)、SOS微震監(jiān)測和支架載荷監(jiān)測。(1)鉆孔卸壓技術(shù)。當煤礦在高地應(yīng)力環(huán)境下回采時,通過向煤層及頂?shù)装邈@孔的方式,破壞鉆孔附近的煤巖體,釋放煤層及頂板內(nèi)所積聚的彈性勢能。同時,鉆孔還可以將巖體內(nèi)的高應(yīng)力進行轉(zhuǎn)移,降低沖擊地壓的危險性。在井下進行鉆孔作業(yè)時,要根據(jù)實際情況選擇相適應(yīng)的鉆機,按照規(guī)定進行打孔,鉆孔呈單排分布,控制孔深到頂?shù)装宓挠行Ь嚯x,既達到了卸壓要求,由能保證鉆孔作業(yè)安全。(2)爆破卸壓技術(shù)。爆破卸壓技術(shù)就是在高應(yīng)力煤層中進行定點爆破,當煤層中的彈性勢能還不高的情況下,提前誘發(fā)沖擊。卸壓爆破后還會使煤層內(nèi)產(chǎn)生大量的裂隙,改變了附近的力學(xué)結(jié)構(gòu),降低了附近煤體的彈性能量和彈性強度。爆破卸壓后,可以通過鉆屑法進行檢測,判斷卸壓是否達到要求。(3)煤層注水技術(shù)。煤層注水技術(shù)是一種有效的沖擊地壓防止措施,由于煤層本身就存在一定的透水性和孔隙,對煤層進行注水后,改變了煤層的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),降低了煤層的強度和繼續(xù)彈性勢能的能力,增加煤層附近塑性區(qū)范圍,同時還能起到工作面降塵的效果。(4)SOS微震監(jiān)測。SOS監(jiān)測系統(tǒng)由井上、井下監(jiān)測硬件和后處理軟件構(gòu)成,通過之間的相互配合,監(jiān)測井下動壓情況。當井下的煤巖體受到采動影響之后,會釋放一定的能量,即煤巖體在破壞的過程中通過較低頻率(f<90Hz)振動波釋放能量所造成的震動效應(yīng)?,F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)可以對8km范圍內(nèi)的危險源進行監(jiān)測。微震監(jiān)測法的主要優(yōu)點有:監(jiān)測范圍廣,且定位精度較高;實時監(jiān)測,節(jié)約了相應(yīng)的人力物力。主要缺點是前期投資較大,監(jiān)測點的布置受開采位置影響較大。(5)支架載荷監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦開采領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,研發(fā)出一套液壓支架載荷自動監(jiān)測系統(tǒng),實時了解液壓支架的受力情況,并繪制支架受力曲線圖,當受力出現(xiàn)異常時,則沖擊地壓發(fā)生的概率較大,應(yīng)提前采取措施,避免造成沖擊地壓事故。(6)合理部署開采。井下開采尤其是深井開采中,新工作面或新區(qū)段要注意優(yōu)化開采順序,避免形成多側(cè)采空區(qū)煤柱再回收。合理有效地將回風(fēng)平巷建設(shè)成沿空掘巷,若回風(fēng)平巷滿足不了生產(chǎn)需求時,應(yīng)在煤體邊緣掘進新巷,不能在應(yīng)力集中峰值的位置進行補掘。采煤時多采首煤層和上部煤層,盡量不留或少留煤柱。沒進行相應(yīng)的技術(shù)措施前,不能在壓力峰值區(qū)域開掘巷道或在同組煤層底部開掘巷道。在深井開采中,上下山開采多用跨采并布置巖石上下山,避免留設(shè)采空煤柱,而且兩側(cè)同時開采是沖擊地壓易產(chǎn)生的重要應(yīng)力條件。柱式體系開采法尤其是房柱式回收煤柱,是深井開采不宜使用的開采方法。(7)減少作業(yè)空間的應(yīng)力集中。一些具體的措施可以減少沖擊地壓對工作環(huán)境及設(shè)施的破壞,如加強工作面以增加開采強度,減少重操作部分和采取可折疊支撐設(shè)備以提高支撐應(yīng)力集中系數(shù),同時加強控制周圍巖層的變形并降低巖爆,以使底板巷道破壞速度減慢。嚴格檢測安全措施,實施高標準技術(shù)規(guī)格,以防止在爆破時引發(fā)出沖擊地壓,產(chǎn)生巖爆。

3沖擊地壓的防治機理研究

沖擊地壓的防治問題是巖石力學(xué)研究的內(nèi)容,這是國內(nèi)外許多科研人員的重要工作,特別是沖擊地壓的形成過程,是近幾十年眾多科學(xué)家研究的焦點性問題。從20世紀80年代開始,國內(nèi)外的專家們將目標轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)實踐。通過多年的努力,我國在沖擊地壓有限部分的數(shù)值模擬、非線性沖擊的控制機制、綜合預(yù)防和控制深孔爆破的方法措施等領(lǐng)域取得重大發(fā)展,結(jié)合煤巖破裂應(yīng)力測試、分析有限部分回聲發(fā)射技術(shù)及微震監(jiān)測系統(tǒng)等國際頂尖技術(shù),我國對沖擊地壓的控制研究與應(yīng)用已有了長足發(fā)展。我國對沖擊地壓的防治機理一是優(yōu)化采礦技術(shù)進行,運用先進的采礦技術(shù),盡量避免沖擊地亞的發(fā)生;二是對已經(jīng)發(fā)生的沖擊地壓破壞的地區(qū)進行整改,改變巖層的物理性質(zhì),加大彈性,減少沖擊;三是加大支護力量強度,進而提高支護體抵抗沖擊的能力。

4結(jié)束語

防治沖擊地壓產(chǎn)生的根本措施是改變產(chǎn)生沖擊地壓的條件,然而由于礦井煤巖復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和生產(chǎn)技術(shù)條件的限制,我們還無法準確預(yù)測沖擊地壓發(fā)生的時間地點,因此總會出現(xiàn)發(fā)生沖擊地壓的危險區(qū)域。所以,解除沖擊地壓危險的措施和防護措施尤為重要。

參考文獻:

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[3]于正興,姜福興,李峰,朱權(quán)潔,魏全德.深井復(fù)雜條件下沖擊地壓主動防治技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2015(03).

(作者單位:兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦)

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