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[摘 要]近年来随着煤炭开采深度的不断增加及开采范围与强度的提升,冲击地压在煤炭生产中的发生次数日益增多,开展对其发生机理的探究,研发与制定具有针对性的防治技术与措施,不仅有助于煤矿生产的高质高效进行,确保广大工人的生命安全,更是我国煤矿现代化建设的必要保障。本文通过对煤矿开采中冲击地压的发生机理以及影响因素进行分析,进而提出了相应有效的防治措施,以供参考。
[关键词]煤矿开采;冲击地压;影响因素;预防措施
中图分类号:TD324 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)01-0039-01
冲击地压是地下煤层或岩层,由于开采和地质作用引起的煤岩体应力高度集中,积聚大量弹性变形潜能,当应力超过允许的极限状态时,造成瞬间大量弹性能的突然释放,是煤岩体急剧变形破坏和抛出,并发出巨大的声响、震动、造成巷道冒顶、片帮、堵塞、支架折断,设备破坏等情况,严重威胁井下安全生产,是煤矿井下开采过程中严重的灾害之一。
一、冲击地压发生机理研究
冲击地压发生的过程是煤岩的流变到突变的过程,产生的脆性破坏是载荷发生跳跃、应力总和超过极限的结果,表现为立即破坏,而延时破坏是正常载荷的作用下与时间因素有关的破坏过程,表现为从流变到突变。煤岩体的损伤速度与岩体活动性及瞬间释放能量、变形速度成正比。顶板强度越大,冲击倾向性越强;顶板高度越高,冲击倾向性越强。
冲击地压机理是指形成冲击地压的内在规律,它不同于一般的外部影響因素或发生条件,也有别于诱导因素。根据力学观点,也可将冲击地压简单的理解为煤岩体的突然破坏,据资料显示,可用强度准则、能量准则和冲击倾向度准则加以概括,三个准则同时成立是产生冲击地压的充分和必要条件。
冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序的进行,如爆破、冒顶、采煤等而发生,这些因素称为诱导因素,诱导因素本身的能量可能很小,但其诱发冲击地压的放大作用是可观的,因而诱导因素也是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。
二、冲击地压的影响因素
1.地质因素
开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压,总的趋势是随采深增加,冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加,原岩应力增大的缘故。地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。煤层倾角和厚度局部突然变化地带,实际是局部地质构造应力积聚地带,因而极易发生冲击地压。
2.开采技术因素
开采多煤层时,任何造成应力集中的因素,如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等,均对防治冲击地压不利。国内外大量实践表明,冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序(如爆破、冒顶、采煤等)而发生,这些因素本身的能量很小,但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。
三、煤矿冲击地压防治措施
1.进行科学、合理的安排
煤矿采掘的同一工作面在开采上,要按照相应的顺序进行。在煤矿的采掘中,按照一定的顺序进行,可以有效的避免孤岛型工作面的形成。假如在煤矿采掘过程中,受到村庄搬迁的一些影响,所形成的孤岛型的工作面的数量会比较少。煤矿采掘的回采工作面在开采的过程中,必须得背向煤柱的开采区和采空区。这样做,可以使煤柱区的开采以及采空区所产生的应力减少。在同一个条带中,不可以同时在采空区的两侧中进行巷修活动。在采煤工作面的后面,不可以有掘进工作面尾随其后开展掘进工作。如果掘进工作面在邻近的煤矿采空区中,其采掘的施工方向必须得远离煤矿采空区。这样可以有效地,减少煤矿采掘的应力,从而确保采掘过程的合理和安全。
2.采用局部性预报和预测技术
局部预报和预测指的是预报和预测工作面,也就是测量采掘工作面和开采工作面的场地指标,进而对冲击地压的危险性进行确定,以及实施有效的防治策略。有着非常多的预报和预测技术,通常煤矿结合施工状况重点实施下面的策略预报和预测:
(1)采空区气体分析技术。在煤层压裂出现改变的情况下,采空区会涌入大量的瓦斯,对采空区气体的组成部分的改变进行测定,探究规律加以预报和预测。
(2)电磁辐射技术。基于高压力的影响,煤岩体被震动、形成声响、破坏、压裂,通过脉冲的手段传播到附近的岩体,并且煤体电磁辐射强度会出现改变,结合形成冲击地压的前后,分析规律加以预报和预测。
(3)钻屑指标技术。打钻煤体的时候,在对每一米钻屑量进行确定的基础上测定工作面遭受冲击地压的可能性。这种技术简单可行,各个煤矿井下务必结合实际现状与煤质让资质部门对该临界值进行确定。
3.严格遵守采掘生产流程
采掘工作的进行应该严格遵循相关流程,规范操作,尤其是在同一采区内的工作面进行开采,严禁出现孤岛工作面。如果由于突发状况,如村庄搬迁等,导致孤岛工作面的形成,最多只允许形成一个孤岛工作面。此外,为了避免应力集中,在设置回采工作面时,应该使其与采空区和煤柱开采区位置相背。同时,同一区段不可以同时在采空区的两侧进行开采或维修巷道等活动;掘进工作面在掘进时更不能尾随采煤工作面进行工作;邻近采空区的掘进工作面在施工上要遵循逐渐远离采空区方向的原则进行施工。
4.实施综合措施解危
冲击地压的防治,不应该仅仅局限于单个措施,而要综合治理,最大化减少、解除冲击地压带来的危险。首先利用提前预报和检测手段,提供冲击地压危险区的相关数据;然后,采取超前松动爆破、深孔卸压爆破、大孔径钻孔卸压、中等孔径钻孔卸压等解危措施;同时,应该不断优化施工参数,在确保施工质量的同时保持解危效果,不断持续进行针对冲击地压的动态、综合治理。
四、结语
冲击地压的成因和机理在个地区不完全相同,它的显现形式也有差异,因此在实际的防治工作中,要对当地的地压要进行深入的研究后才能根据它的实质制定相应的防治对策,同时要学会多种措施联合实施,只有这样才能有效地避免冲击地压的发生,做到防患于未然,实现安全生产,创造安定和谐的生活环境。
参考文献
[1] 姜耀东,赵毅鑫.我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制[J].岩石力学与工程学报,2015,34(11):2188-2204.
[2] 欧阳振华.煤矿冲击地压区域应力控制技术[J].煤炭科学技术,2016,44(7):146-152.
[3] 李晓飞.浅谈煤矿冲击地压及其防治技术[J].工业c,2016(7):193-193.
[关键词]煤矿开采;冲击地压;影响因素;预防措施
中图分类号:TD324 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)01-0039-01
冲击地压是地下煤层或岩层,由于开采和地质作用引起的煤岩体应力高度集中,积聚大量弹性变形潜能,当应力超过允许的极限状态时,造成瞬间大量弹性能的突然释放,是煤岩体急剧变形破坏和抛出,并发出巨大的声响、震动、造成巷道冒顶、片帮、堵塞、支架折断,设备破坏等情况,严重威胁井下安全生产,是煤矿井下开采过程中严重的灾害之一。
一、冲击地压发生机理研究
冲击地压发生的过程是煤岩的流变到突变的过程,产生的脆性破坏是载荷发生跳跃、应力总和超过极限的结果,表现为立即破坏,而延时破坏是正常载荷的作用下与时间因素有关的破坏过程,表现为从流变到突变。煤岩体的损伤速度与岩体活动性及瞬间释放能量、变形速度成正比。顶板强度越大,冲击倾向性越强;顶板高度越高,冲击倾向性越强。
冲击地压机理是指形成冲击地压的内在规律,它不同于一般的外部影響因素或发生条件,也有别于诱导因素。根据力学观点,也可将冲击地压简单的理解为煤岩体的突然破坏,据资料显示,可用强度准则、能量准则和冲击倾向度准则加以概括,三个准则同时成立是产生冲击地压的充分和必要条件。
冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序的进行,如爆破、冒顶、采煤等而发生,这些因素称为诱导因素,诱导因素本身的能量可能很小,但其诱发冲击地压的放大作用是可观的,因而诱导因素也是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。
二、冲击地压的影响因素
1.地质因素
开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压,总的趋势是随采深增加,冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加,原岩应力增大的缘故。地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。煤层倾角和厚度局部突然变化地带,实际是局部地质构造应力积聚地带,因而极易发生冲击地压。
2.开采技术因素
开采多煤层时,任何造成应力集中的因素,如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等,均对防治冲击地压不利。国内外大量实践表明,冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序(如爆破、冒顶、采煤等)而发生,这些因素本身的能量很小,但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。
三、煤矿冲击地压防治措施
1.进行科学、合理的安排
煤矿采掘的同一工作面在开采上,要按照相应的顺序进行。在煤矿的采掘中,按照一定的顺序进行,可以有效的避免孤岛型工作面的形成。假如在煤矿采掘过程中,受到村庄搬迁的一些影响,所形成的孤岛型的工作面的数量会比较少。煤矿采掘的回采工作面在开采的过程中,必须得背向煤柱的开采区和采空区。这样做,可以使煤柱区的开采以及采空区所产生的应力减少。在同一个条带中,不可以同时在采空区的两侧中进行巷修活动。在采煤工作面的后面,不可以有掘进工作面尾随其后开展掘进工作。如果掘进工作面在邻近的煤矿采空区中,其采掘的施工方向必须得远离煤矿采空区。这样可以有效地,减少煤矿采掘的应力,从而确保采掘过程的合理和安全。
2.采用局部性预报和预测技术
局部预报和预测指的是预报和预测工作面,也就是测量采掘工作面和开采工作面的场地指标,进而对冲击地压的危险性进行确定,以及实施有效的防治策略。有着非常多的预报和预测技术,通常煤矿结合施工状况重点实施下面的策略预报和预测:
(1)采空区气体分析技术。在煤层压裂出现改变的情况下,采空区会涌入大量的瓦斯,对采空区气体的组成部分的改变进行测定,探究规律加以预报和预测。
(2)电磁辐射技术。基于高压力的影响,煤岩体被震动、形成声响、破坏、压裂,通过脉冲的手段传播到附近的岩体,并且煤体电磁辐射强度会出现改变,结合形成冲击地压的前后,分析规律加以预报和预测。
(3)钻屑指标技术。打钻煤体的时候,在对每一米钻屑量进行确定的基础上测定工作面遭受冲击地压的可能性。这种技术简单可行,各个煤矿井下务必结合实际现状与煤质让资质部门对该临界值进行确定。
3.严格遵守采掘生产流程
采掘工作的进行应该严格遵循相关流程,规范操作,尤其是在同一采区内的工作面进行开采,严禁出现孤岛工作面。如果由于突发状况,如村庄搬迁等,导致孤岛工作面的形成,最多只允许形成一个孤岛工作面。此外,为了避免应力集中,在设置回采工作面时,应该使其与采空区和煤柱开采区位置相背。同时,同一区段不可以同时在采空区的两侧进行开采或维修巷道等活动;掘进工作面在掘进时更不能尾随采煤工作面进行工作;邻近采空区的掘进工作面在施工上要遵循逐渐远离采空区方向的原则进行施工。
4.实施综合措施解危
冲击地压的防治,不应该仅仅局限于单个措施,而要综合治理,最大化减少、解除冲击地压带来的危险。首先利用提前预报和检测手段,提供冲击地压危险区的相关数据;然后,采取超前松动爆破、深孔卸压爆破、大孔径钻孔卸压、中等孔径钻孔卸压等解危措施;同时,应该不断优化施工参数,在确保施工质量的同时保持解危效果,不断持续进行针对冲击地压的动态、综合治理。
四、结语
冲击地压的成因和机理在个地区不完全相同,它的显现形式也有差异,因此在实际的防治工作中,要对当地的地压要进行深入的研究后才能根据它的实质制定相应的防治对策,同时要学会多种措施联合实施,只有这样才能有效地避免冲击地压的发生,做到防患于未然,实现安全生产,创造安定和谐的生活环境。
参考文献
[1] 姜耀东,赵毅鑫.我国煤矿冲击地压的研究现状:机制、预警与控制[J].岩石力学与工程学报,2015,34(11):2188-2204.
[2] 欧阳振华.煤矿冲击地压区域应力控制技术[J].煤炭科学技术,2016,44(7):146-152.
[3] 李晓飞.浅谈煤矿冲击地压及其防治技术[J].工业c,2016(7):193-193.