煤矿冲击地压产生机理及防治措施探讨
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摘 要：长期以来，煤矿冲击地压一直是煤矿开采主要灾害之一。随着我国煤矿产业的不断发展与能源需求的不断加大，煤矿井下开采超千米的矿井逐步增加，在保障能源使用的同时，也增加了冲击地压形成的机率。基于此，本文对煤矿冲击地压的产生机理进行阐述，并对防治措施进行深入的探讨，以增加对冲击地压的预防与处置能力，为煤矿产业的安全生产提供保证。
关键词：煤矿冲击地压；机理；防治
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.083
冲击地压是煤矿开采行业面临的主要威胁之一，它是一种矿山的动力现象，会导致煤矿巷道发生变形和矿井支架损坏，甚至导致矿井的损毁和人员的伤亡[1]。因此，对于煤矿开采过程中冲击地压的形成机理研究，以及对其防治措施的探讨尤为必要，也是煤矿行业在未来发展中最重要的安全举措。
1 煤矿冲击地压的形成机理
1.1 强度理论
强度理论中认为，煤矿矿山在未进行开采之前，煤层处于坚硬的岩层夹持之下，这种夹持力会在煤层中产生高压及高弹性，使能量大量集中于煤层壁区域，并保持相对力的平衡。而随着煤矿开采深度的增加，煤层所受的夹持力也不断发生变化，其应力也随之加大，伴随煤矿开采作业的持续推进，逐步打破了其所承受力量的平衡，使煤岩向采空区域变形与挤压，从而形成冲击地压。
1.2 能量理论
煤矿矿山中由于受引力、重力等因素的影响，其内部存在着复杂且巨大的能量。当煤矿开采作业进行到一定的程度时，会打破煤矿地质中的能量平衡，使煤层释放出大量的能量，并呈现于矿井采空区域，从而引发冲击地压。能量理论将煤矿冲击地压与能量进行联系，并在两者间建立起相对平衡关系。
1.3 冲击倾向理论
冲击地压形成的前提是具有冲击倾向性的煤体，煤体应变所释放的空间成为了冲压地压发生的必要条件。有研究表明，煤体冲击倾向判断指标包括冲击能量指数、弹性能指数、煤样产生动态破坏的时间等，并根据不同的类型进行分类，当实际冲击倾向大于其极限值时， 煤体产生冲击地压的风险将会不断增加。
2 煤矿冲击地压的监测技术
2.1 围岩变形监测技术
由于煤矿开采的纵深推进，会逐步导致其巷道产生大量移动和变形，最突出的表现是煤层顶板出现下移，致使矿井内通风、运输及行人造成显著的影响。通过实践表明，当矿井巷道形变增加大，说明煤层岩质较为松软，煤体的刚度也相对较小，此情况下不易发生冲击地压灾害。而当巷道形变量变小时，则表明煤体刚性强，发生脆性破坏的概率也随之增加。此时的煤层内部所蕴含的能量相对比前者更为巨大，由此可判断其发生岩爆的可能性大大增加，因此矿井巷道形变量是有效预测冲击地压的重要方法。
2.2 钻屑技术
钻屑技术是在预测煤矿冲击地压形成的有效方法，它主要是通过在煤体中进行钻孔，在不同的位置提取煤粉量，以掌握煤体的变化规律并进行监测。一般情况下，当不同深度的煤粉量超过其极限值时，将极可以发生冲击地压，而如果钻孔深度是煤层开采深度的倍时，则发生冲击地压的可以性大大减小。钻屑法由于受到很多限制，且对于操作技术要求较高，其实施相对困难，但不失为一种有效的冲压地压监测方式。
2.3 电磁辐射探测技术
电磁辐射探测是基于现代科技的一种监测方法，它依赖于对煤岩体特变化所产生的辐射特征进行判断，进而对瓦斯风险、冲击地压等矿井灾害进行监测[2]。电磁辐射探测技术会在煤矿的开采中对煤体的变化进行密切的监视，对煤体及瓦斯的电磁信号进行充分的分析，当电磁信号变强时，将增加发生岩爆及冲击地压的可能性。
3 煤矿冲击地压防治技术措施探索
3.1 开采解放层
依据煤层的分析及贮存特点，煤群之间会存在相对联系性，当一个煤层开采完毕后，能够使相邻煤层获得一定时间段的卸载，也就是弹性能量的释放，也被煤矿开采行业称为开采解放层。对于解放层的开采应当选择无冲击倾向，或者冲击地压倾向较弱的煤层进行，并在开采的过程中加强对开采时间及空间的把握，避免在开采的过程中留设煤柱，在开采解放层的过程中既可上行开采也可以下行开采。实施开采解放层后，被解放煤层的开采时间一般为2年。同时，对解放层的开采需要进行大量的验证，在条件允许和必要时进行三维模拟，以确保开采的可靠性。
3.2 卸压爆破
卸压爆破针对的主要對象是已经形成冲击危险的煤体，以通过爆破的方法使应力集中的效应减缓。在广泛的实践中表明，卸压爆破被普遍的应用于煤矿冲击地压的治理中，其有效性也得到了广泛认可，它具有快速反应的特点，是现场解除危机的有效手段。
3.3 煤层注水
煤层注水是一种超前的煤矿冲击地压防治方法，通过对煤体进行预注水以改变煤体的物理力学性质，以有效的降低发生冲击地压的风险，也是一种较为有效的防治措施。对煤层的注水可以利用液压钻机施工法进行，孔径为75-80mm，并依照不同煤层的特点及条件选择15m的湿润半径，孔间距13m为宜，孔深25-40m，封孔长度一般为10-12m，注水压力值6-12mpa。对于超前注水防治措施的应用，必须要掌握煤层工作面开采的特点，对吸水性好的煤层要提前1个月，对吸水性差的煤层要提前2-3个月，并且在注水的过程中要不断提高水压，进行中、高压注水，以保证对煤层起到软化效果。其标准为当煤层的含水量达到3%时，则煤层的冲击倾向基本得到消除。
4 结语
综上所述，冲击地压是当前煤矿开采中主要的灾害因素之一，对于其形成机理及防治措施的掌握，将有效的保证煤矿开采中的施工及人员安全，提升煤矿产业的生产效率。同时，随着煤矿开采行业的不断发展，其开采所需的技术要求也逐步提高，冲击地压作为煤矿领域的难题，必须予以有效的解决，并在煤矿开采的过程中不断进行技术应用，随时掌握矿井煤层的变化，加强对安全风险的防控能力，以保证煤矿开采企业免受冲击地压灾害的影响，提升我国煤矿开采的技术水平。
参考文献：
[1]李海.煤矿冲击地压的机理及监测[J].内蒙古煤炭经济，2015（05）
：159，192.
[2]杨勇.浅谈煤矿冲击地压机理与预测防治方法[J].内蒙古煤炭经济，2018（04）：41-42.
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