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浅析煤矿冲击地压类型特征及防治方法

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   摘 要:顶板、煤尘、瓦斯、水、火等煤矿诸多灾害中,“冲击地压”给煤矿带来的危害往往更为严重。作者结合煤矿生产与安全培训教学实践,系统总结煤矿发生冲击地压特征,列出冲击地压分类方法,分析冲击地压产生原因,提出防治冲击地压(下称防冲)工作方法。对于煤矿防冲工作,具有有一定的启发和指导意义。
   关键词:冲击地压;类型特征;防治方法
   1933年,我国煤矿冲击地压最早发生在抚顺胜利煤矿。随着煤炭开采深度的增加和开采范围的扩大,冲击地压事故越来越频繁,危害越来越大。从安全培训教学层面讲,作为安培教师,必须熟知冲击地压概念和内含。何谓冲击地压?所谓冲击地压(亦称岩爆),是指煤矿井、巷或工作面周围煤(岩)体,由于“弹性变形能”瞬间释放而产生突然、剧烈破坏的动力现象。常常伴有煤(岩)高速抛出,瞬间位移,矿尘飞扬,响声巨大、气浪汹涌等现象。煤矿防冲,必须培训,必须实践,必须掌握冲击地压分类方法、特征和类型,尤其要熟练掌握和正确运用防冲方法。
  一、当煤矿冲击地压显现时,会出现哪些让人记忆深刻、心惊肉跳的特征呢?
  (一)突发性特征。
  冲击地压发生前,一般无明显征兆。突然发生时,冲击过程和冲击持续时间都非常短暂,从几秒到几十秒钟不等。在冲击地压发生之前,冲击地压发生的时间、地点和强度都难以确定。
  (二)煤爆性特征。
  表现为煤壁爆裂,呈碎块状抛射。煤爆冲击具体表现情况,一是浅部冲击,发生在煤层2--6米深度范围内;二是深部冲击,发生在煤层深处,声如闷雷,破坏程度有轻有重。煤层冲击地压发生时,多数表现为煤块抛射飞出,少数表现为几十平方米整体移出,并伴有巨大响声、煤(岩)体震动、煤(岩)尘飞扬和冲击波。煤层冲击地压最为常见,顶板或底板冲击地压比较少见。
  (三)破坏性特征。
  冲击地压一旦发生,往往会造成煤壁开裂,掉渣片帮,顶板下沉,底板上鼓,溜槽扭曲,煤机歪倒,支架(柱)折损,巷道堵塞,风向改道,矿尘飞扬,气浪冲击,人员伤亡,财产损失,(地面)房屋倒塌,煤矿停产等严重后果。
  (四)瞬时震动性特征。
  冲击地压发生时,常常伴有巨大、强烈的震动和响声,震级有时最高可达4.3级,矿井地面方圆数千米范围都有明显震感,震动持续时间不长,最长不超过几十秒钟。
  (五)复杂性特征。
  煤矿地质及回采技术方面,几乎都发生过冲击地压。煤质(褐煤除外)层面,采煤深度从200米到1000米,地质构造从简单到复杂,煤层厚度从薄到厚,倾斜角度从水平到急斜,顶板从砂岩、灰岩到油母页岩等都发生过冲击地压;回采方法层面,不论水采,炮煤,高档普采,综采,综合放顶煤开采,还是采空区处理(全部垮落法、水力充填法),不论是长壁开采、短壁开采、房柱式开采,还是柱式开采等,也都发生过冲击地压。
  特别指出,采用“无煤柱走向长壁”采煤时,几乎不会产生冲击地压。
  二、目前,如何给煤矿冲击地压分类?冲击地压类型都有哪些?
  (一)根据煤(岩)体应力状态分类。
  1.重力、应力型冲击地压。没有极小构造应力影响,或有极小构造应力影响条件下,引起的冲击地压。
  2.构造应力型冲击地压。主要受构造应力作用而引起的冲击地压。
  3.中间型或重力构造型冲击地压。主要受重力和构造应力共同作用而引起的冲击地压。
  (二)根据冲击地压显现强度分类。
  1.弹射型冲击地压。一些单个碎块从处于高应力状态下煤体或岩体上射落,伴有强烈声响,这种冲击地压属于微小冲击地压。
  2.矿震型冲击地压。煤体、岩体内部产生的冲击地压,深部的煤体、岩体发生破坏,煤壁仅出现片帮或塌落现象,但煤体或岩体震动明显、响声巨大,有时煤尘飞扬。较弱的矿震,称为微震,采掘现场人员常用煤矿“行话”称为“放煤炮”。
  3.弱冲击地压。煤块或岩块由煤壁或岩壁向采空区抛出,虽然对液压支架、生产人员等影响不大,但是却导致围岩震动,震级一般在2.2级以下,响声很大,煤尘飞扬。
  必须指出,弱冲击地压发生在含瓦斯煤层中,可能会涌出大量瓦斯,应加强检测和防治。
  4.强冲击地压。部分煤体或岩体急剧破碎,大量向采空區高速抛射,造成支架折损、设备移位、围岩震动。震级在2.3级以上,伴有巨大响声,形成大量煤尘,产生很大冲击波。
  (三)根据震级强度和抛出煤岩量分类。
  1.轻微冲击地压。抛出的煤、岩量在10吨以下,震级在1级以下的冲击地压。
  2.中等冲击地压。抛出的煤、岩量在10--50吨之间,震级在1-2级范围的冲击地压。
  3.强烈冲击地压。抛出的煤、岩量在50吨以上,震级在2级以上的冲击地压。
  (四)根据发生地点和位置分类。
  1.煤壁冲击地压。发生在煤壁内部的冲击地压。根据发生深度和强度,又分为表面冲击地压、浅部冲击地压和深部冲击地压。
  2.围岩冲击地压。发生在顶板、底板岩层内部的冲击地压。根据发生位置又可分为顶板冲击地压和底板冲击地压。
  三、如何防冲?目前,世界各地煤矿,尤其是我国煤矿拥有比较成熟的防冲方法,做法如下:
  (一)前置安全生产技术措施,全力避免冲击地压事故。
  开采距采空区20--30米区域的煤炭,冲击地压发生概率很大!在应力集中区采掘时,避免“应力叠加”导致冲击地压发生。相临矿井、相临采区之间,禁止无序开采、相互影响。研究冲击地压事故可知,由“爆破”触发冲击地压的占比较大,必须重点管控炮采和炮掘。因此,煤矿生产和安全培训工作,必须践行《防治煤矿冲击地压细则》!把防冲措施落实在“采掘”生产之前。
  (二)组织管理、生产和技术人员参加防冲培训。
  确保学时,严格考核。全面培训他们岗位防冲必备知识和应会技能,系统培训他们熟练掌握有效运用防冲解危措施,耐心帮助他们克服害怕心理大胆工作,坚定他们冲击地压可测可知、可防可控思想信念,督促他们养成安全防冲行为习惯。时刻准备为煤矿防冲工作挺身而出,有所作为。
  (三)运用压力预测技术。
  压力预测技术是指对煤炭倾向压力的预测,对周围煤炭、岩石硬度进行检测,从煤炭内部产生的各种介质、破坏能力、属性上着手进行分析研究,该技术应用非常广泛。通过“钻屑法”在煤壁中钻孔,根据煤粉量及变化规律,达到一系列预测目的。再将煤层中潜在冲击地压危害划分若干等级,便于煤矿防冲预测。
  (四)使用钻孔卸压技术。
  在高应力环境下钻孔,利用煤层弹性破坏钻孔附近煤体(岩体),迫使煤层释放能量,消除冲击地压。这是一种实用钻孔卸压技术,适合在煤碳回采工作中进行操作。也可给岩石钻孔卸压,把岩石高应力转移到其他岩体上,既能消除冲击地压,又能保障钻孔作业人员人身安全。
  (五)采用卸压爆破技术。
  在高应力煤层中,实施钻孔装药,定点爆破,卸载压力,提前引发冲击地压,解除冲击地压危害。此法使用方便,快捷有效。
  (六)采取煤层注水技术
  煤层具有一定孔隙和透水性,通过注水,改变煤层的物理性质和结构,起到降低煤层强度,减小煤层积蓄弹性,增大煤层塑性,降低煤层温度,防止煤尘飞扬等作用,消除了发生冲击地压危险性。常见注水方法有,顶板注水和压注化学溶液两种方式。
  总而言之,煤矿防冲和安全培训要结合现场采掘生产实际,综合运用相关煤矿、科研院所防冲方法和科研成果。切实做到,熟知煤矿冲击地压产生预兆特征,牢记冲击地压分类方法和类型特点,熟悉冲击地压产生的内、外因素和防冲方法。加强领导,强化培训,配齐资源,做足准备。以力度不减,决心不变的态度,安全防冲,科学防冲。努力创造煤炭开采事业安全发展、高质量发展新局面。
  参考文献:
  [1]防治煤矿冲击地压细则[M]. 国家煤矿安全监测局,煤炭工业出版社,2018.5
  [2]刘虎.煤矿冲击地压灾害防治专题培训教材[M].2016.3
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