黃 賀

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273500）

基于增加采掘強(qiáng)度、擴(kuò)大采掘范圍、增加采掘深度影響下，礦井工程沖擊地壓現(xiàn)象的形成概率大大增加。近年來(lái)我國(guó)持續(xù)形成的礦井沖擊地壓現(xiàn)象使人們的生命安全與社會(huì)財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅，這也引起社會(huì)的廣泛關(guān)注[1]。鑒于此，對(duì)礦井施工沖擊地壓?jiǎn)栴}的分析具備重大的實(shí)際作用。

1 礦井施工沖擊地壓特點(diǎn)

礦井采掘中的沖擊地壓具備顯著的特點(diǎn)及發(fā)作劇烈，一般在劃分其特征強(qiáng)度中根據(jù)弱沖擊、強(qiáng)沖擊、礦震、巖爆等作為級(jí)別。通常來(lái)講，礦井采掘時(shí)形成沖擊地壓會(huì)拋出礦體、巨響或聲浪等情況，形成這一系列情況時(shí)非常劇烈，以及形成的破壞性非常之大。沖擊地壓形成的同時(shí)顯著的動(dòng)力情況形成于礦產(chǎn)，在礦井采掘時(shí)往往形成礦產(chǎn)資源爆破聲[2]。并且，還會(huì)顯著降低礦井巷道圍巖的可靠性，從而使巷道內(nèi)支架受到嚴(yán)重破壞，更加難以維護(hù)巷道?？傊?，沖擊地壓的特點(diǎn)表現(xiàn)為下面幾點(diǎn)：一是復(fù)雜性?；诟鞣N采礦工藝技術(shù)以及地質(zhì)條件的制約，不管應(yīng)用怎樣的采掘技術(shù)都較難防范沖擊地壓的形成。二是礦井工程施工的爆破性。在沖擊地壓中，礦井施工的爆破性是非常多見的一種情況，一般礦井施工的爆破性會(huì)嚴(yán)重沖擊頂?shù)装?、礦層，甚至?xí)纬蓭r爆的情況。三是瞬時(shí)性。形成沖擊地壓往往不存在任何預(yù)兆，以及形成的過(guò)程較短，一般維持在幾秒鐘的時(shí)間，以及往往都是剎那形成的。四是破壞性。在礦井采掘中形成沖擊地壓常常形成非常大的破壞性，從而損壞采掘設(shè)備，甚至對(duì)采掘工作者的人身安全形成嚴(yán)重威脅[3]。

2 礦井施工沖擊地壓形成因素

（1）井下資源地質(zhì)因素。一是采掘深度。理論界存在如下的認(rèn)定指標(biāo)：在采深為350m以內(nèi)時(shí)，不容易形成沖擊地壓；在采深為350m～500m 時(shí)，沖擊地壓可能性增加；在采深為500m 以上時(shí)，沖擊地壓的形成力度和幅度顯著增加。結(jié)合此指標(biāo)我們能夠明確，采掘深度愈大，礦體愈加容易集中應(yīng)力，從而較易形成沖擊地壓。二是礦層構(gòu)造特性。之前形成沖擊地壓礦井的地質(zhì)構(gòu)造為礦層-薄軟層-硬頂及硬底-硬質(zhì)礦體-硬頂。如此結(jié)構(gòu)的特色在于具備沖擊地壓形成的潛在因素，在某種因素影響下，采掘沖擊危險(xiǎn)性及可冒性較易形成。三是地質(zhì)結(jié)構(gòu)。除礦層構(gòu)造特性之外，通常在礦層傾角改變、褶曲、斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)范圍形成沖擊地壓現(xiàn)象。形成的如此地質(zhì)結(jié)構(gòu)重點(diǎn)是基于非常大的應(yīng)力場(chǎng)存在于其周圍，基于應(yīng)力影響下構(gòu)造曼力形成，從而較易形成沖擊地壓現(xiàn)象。

（2）礦井采掘技術(shù)因素。沖擊地壓受到采掘技術(shù)的制約有兩種主導(dǎo)體現(xiàn)方式：一是由于采掘而迅速增加巖體應(yīng)力，在相應(yīng)的范圍或區(qū)域中高度集中應(yīng)力。二是在固有的高應(yīng)力集中區(qū)域的礦層基于采動(dòng)影響下，沖擊地壓形成。無(wú)論是何種體現(xiàn)方式，采掘技術(shù)的應(yīng)用不當(dāng)都會(huì)使沖擊地壓形成的幾率顯著增加。例如，針對(duì)采掘次序來(lái)講，單一礦層與多礦層的采掘次序存在差異性，倘若不合理采掘，那么會(huì)改變礦層壓力大小與布局，從而使沖擊地壓形成。針對(duì)采掘礦柱來(lái)講，其屬于較易形成沖擊地壓的情況，由于礦柱區(qū)域集中應(yīng)力，以及疊加了很多的應(yīng)力。并且，對(duì)于綜放采掘技術(shù)來(lái)講，其也存在相同的問(wèn)題，由于其形成沖擊地壓的概率不如分層采掘或單一礦層采掘的大，然而，因?yàn)槠洳懊鎻V，從而持續(xù)提高危險(xiǎn)性。

（3）礦產(chǎn)結(jié)構(gòu)組織管理因素。為了防范沖擊地壓情況的形成，往往應(yīng)用有效合理的組織管理措施。相同的，倘若組織管理措施不力，那么將較易形成沖擊地壓情況。在比較形成沖擊地壓之后能夠確定出，改區(qū)域不適當(dāng)采掘時(shí)顯著的共性，并且組織管理措施不力是導(dǎo)致不當(dāng)采掘的直接因素。例如，在工作面跟固有采空區(qū)相距2000m 左右時(shí)，較易形成沖擊地壓。這種情況下，倘若不斷進(jìn)行采掘，那么會(huì)持續(xù)增加危險(xiǎn)系數(shù)。倘若這種情況下缺少有效的組織管理，僅僅注重采掘，那么勢(shì)必造成事故的形成。

3 礦井施工沖擊地壓防治技術(shù)

在防治沖擊地壓時(shí)重點(diǎn)實(shí)施的模式是監(jiān)督、監(jiān)測(cè)、支護(hù)、卸壓等，其中，保障有效防治礦井施工沖擊地壓的中心環(huán)節(jié)在于卸壓，有補(bǔ)強(qiáng)卸壓和基本卸壓這兩種模式，其中，基本卸壓即對(duì)回采工作面和掘進(jìn)區(qū)高應(yīng)力區(qū)執(zhí)行超前卸壓，而補(bǔ)強(qiáng)卸壓即立足于基本卸壓之上結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀對(duì)有關(guān)范圍實(shí)施加密卸壓。

（1）礦井施工沖擊地壓的防治原則。一是防范形成高應(yīng)力。在進(jìn)行采掘時(shí)，需實(shí)現(xiàn)工作面布置與采掘次序的科學(xué)優(yōu)化，確保無(wú)礦柱采掘?qū)崿F(xiàn)，進(jìn)而防范集中高應(yīng)力。二是確保最大應(yīng)力方向平行于采掘方向，在進(jìn)行采掘時(shí)禁止避免兩者形成較大傾角或保持垂直，不然，沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)將增加。三是實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放區(qū)域的擴(kuò)大。在進(jìn)行采掘時(shí)，不但盡量防范集中應(yīng)力，而且盡量對(duì)固有形成的應(yīng)力進(jìn)行釋放，在加速釋放應(yīng)力或減小應(yīng)力集中的基礎(chǔ)上防范沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的形成。

（2）礦井開采工作面鉆孔斷頂卸壓技術(shù)。鉆孔斷頂卸壓技術(shù)指的是基于高應(yīng)力狀況下，結(jié)合礦層聚集的彈性勢(shì)能對(duì)鉆孔附近礦體形成破壞性作用，進(jìn)而釋放礦層的能量和壓力，以使沖擊危險(xiǎn)性消除的一種礦井施工沖擊地壓防治技術(shù)，鉆孔斷頂卸壓技術(shù)能夠使礦體聚集的彈性勢(shì)能釋放，從而使應(yīng)力消除。并且，鉆孔斷頂卸壓技術(shù)還能夠結(jié)合鉆孔確保固有的在附近圍巖作用的高應(yīng)力轉(zhuǎn)移至卸壓區(qū)外面的巖體深部?；诓粩嗤埔苹夭晒ぷ髅嬗绊懴?，倘若礦層之上堅(jiān)硬頂板存在面積較大懸頂情況，那么較大動(dòng)載將形成，從而使范圍較大的沖擊地壓情況形成。為此，需要在進(jìn)行回采之前，對(duì)兩巷相應(yīng)范圍的頂板實(shí)施斷頂爆破措施。結(jié)合斷頂施工，能夠推動(dòng)實(shí)時(shí)垮落后面采空區(qū)頂板，進(jìn)而減小未采空范圍和采空范圍頂板的連接性，以使頂板來(lái)壓強(qiáng)度顯著減小。另外，結(jié)合井下爆破作業(yè)可以使頂板理想特征改變，從而事先釋放其中聚集的彈性勢(shì)能，減小出現(xiàn)沖擊地壓的概率。例如可以在工作面開切眼位置順著巷道每間隔5m 設(shè)置斷頂爆破鉆孔，單個(gè)鉆孔深度在28m 以上，確保裝藥量在12kg 以上。如圖1 所示為礦井下斷頂爆破設(shè)置鉆孔圖。

圖1 斷頂爆破設(shè)置鉆孔圖

（3）超前松動(dòng)爆破卸壓技術(shù)。根據(jù)相關(guān)理論研究可知，采用超前松動(dòng)爆破卸壓的方式能夠改變礦層固有的物理特性，從而將其內(nèi)部集聚的大量勢(shì)能予以釋放或使其向深部轉(zhuǎn)移，避免回采中發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊地壓現(xiàn)象。超前松動(dòng)爆破卸壓技術(shù)如圖2 所示。

（4）礦層注水技術(shù)。礦層注水不但能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械的最大可能應(yīng)用，而且能夠在危險(xiǎn)范圍之外開展作業(yè)，礦層注水這種解危技術(shù)十分高效。井下礦層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具備相應(yīng)的親水性和孔隙率，結(jié)合注水能夠使礦層構(gòu)造、礦體聚集的彈性勢(shì)能、礦體強(qiáng)度等都發(fā)生改變，從而使沖擊地壓的危險(xiǎn)系數(shù)減小。在實(shí)踐中經(jīng)常應(yīng)用壓注化學(xué)溶液或頂板注水這兩種技術(shù)手段，結(jié)合這兩種技術(shù)手段能夠很好地防范沖擊地壓危險(xiǎn)。在進(jìn)行注水時(shí)應(yīng)合理組織注水時(shí)間，確保時(shí)間在三分鐘以內(nèi)，由于基于時(shí)間的推移會(huì)減小注水的效果。

圖2 超前松動(dòng)爆破卸壓鉆孔布設(shè)

（5）礦井施工安全風(fēng)險(xiǎn)與管控技術(shù)。一是兩道超前支護(hù)缺少足夠的強(qiáng)度與距離，會(huì)導(dǎo)致顯著的壓力顯現(xiàn)，在壓力顯現(xiàn)較大時(shí)需實(shí)現(xiàn)兩道超前單體支護(hù)距離的延長(zhǎng)，以使單體支護(hù)密度增加。二是兩道采空區(qū)懸頂太長(zhǎng)，冒落瞬間會(huì)導(dǎo)致沖擊地壓形成?；夭蛇^(guò)程中兩道采空區(qū)懸頂在10m 以上時(shí)務(wù)必打隔離墻，強(qiáng)化兩道退錨工作。三是打眼時(shí)的片幫和頂板會(huì)產(chǎn)生礦體掉落現(xiàn)象，這會(huì)出現(xiàn)施工人員導(dǎo)致現(xiàn)象。打眼前務(wù)必敲幫問(wèn)頂，實(shí)時(shí)支護(hù)頂、幫。四是步規(guī)范應(yīng)用風(fēng)礦鉆會(huì)導(dǎo)致傷人現(xiàn)象，在風(fēng)礦鉆的操作過(guò)程中，工作者務(wù)必系緊袖口和禁止戴手套。五是在風(fēng)礦鉆的應(yīng)用中，倘若其風(fēng)管接頭不牢固，那么會(huì)導(dǎo)致傷人情況。因此務(wù)必確保風(fēng)管接頭和風(fēng)礦鉆接頭的牢固，且以鐵絲扎結(jié)實(shí)。六是場(chǎng)地工作者較多，不當(dāng)操作會(huì)導(dǎo)致傷人事件，因此工作者之間應(yīng)彼此照應(yīng)和互相協(xié)調(diào)，確保互不傷害和互相保護(hù)。

4 礦井施工沖擊地壓治理成效的驗(yàn)證方法

（1）電磁輻射的方法。出現(xiàn)破裂的井下礦層會(huì)往外輻射電磁，結(jié)合如此的特點(diǎn)，在進(jìn)行采掘時(shí)重點(diǎn)以脈沖數(shù)和電磁輻射強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，其中脈沖數(shù)體現(xiàn)了礦體微破裂和變形的次數(shù)，而電磁輻射強(qiáng)度體現(xiàn)了礦層的破裂變形輕度及受載情況。在綜合這兩項(xiàng)信息的基礎(chǔ)上，能夠?qū)_擊地壓的治理成效進(jìn)行很好地驗(yàn)證。

（2）鉆屑的方法。檢測(cè)沖擊地壓現(xiàn)狀的根據(jù)主要是礦井施工的支承應(yīng)力和沖擊傾向。鉆屑法能夠很好地驗(yàn)證這兩個(gè)指標(biāo)。倘若支承壓力指標(biāo)為臨界值，以及礦層具備至少中等的沖擊傾向，那么會(huì)形成沖擊地壓。倘若檢測(cè)的礦產(chǎn)資源粉量為臨界指標(biāo)以上，那么需判斷礦體的狀態(tài)為臨界危險(xiǎn)，務(wù)必迅速實(shí)施化解策略。

5 結(jié)論

綜上所述，礦井施工沖擊地壓作為深部回采中越發(fā)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害類型，礦井管理者必須高度重視相關(guān)問(wèn)題，在生產(chǎn)中結(jié)合實(shí)際實(shí)施有針對(duì)性的沖擊地壓防治技術(shù)措施，例如應(yīng)用鉆孔斷頂卸壓技術(shù)及注水技術(shù)等，從而為礦井生產(chǎn)的持續(xù)有效開展提供堅(jiān)實(shí)保障。