沖擊地壓及其防治 安全工程技術(shù)研究院 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 1、沖擊地壓概述 沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦礦井中最嚴(yán) 重的自然災(zāi)害之一。災(zāi)害是以突然、急劇、 猛烈的形式釋放煤巖體變形能，煤巖體被拋 出，造成支架損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、 傷及人員，并產(chǎn)生巨大的響聲和巖體震動(dòng)， 震動(dòng)時(shí)間從幾秒到幾十秒沖出的煤巖從幾 噸到幾百噸。我國(guó)絕大多數(shù)礦山的煤層與巖 層都具有強(qiáng)烈或明顯的沖擊傾向。隨著我國(guó) 煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓災(zāi)害越 來越嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約我國(guó)礦山生產(chǎn)和安 全的主要重大災(zāi)害之一。 1.1、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 對(duì)沖擊地壓現(xiàn)象的研究主要集中在三個(gè)研究方 向上。一是沖擊地壓發(fā)生機(jī)理；二是沖擊地壓發(fā)生危 險(xiǎn)性分析、監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)技術(shù)；三是沖擊地壓治理措施 。 在沖擊地壓發(fā)生機(jī)理方面主要提出有強(qiáng)度理論 、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、變形系統(tǒng)失 穩(wěn)理論等。 目前對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)性分析和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要 采用采礦方法包括綜合指數(shù)法、數(shù)值模擬、鉆屑法等 ；地球物理方法包括微震法、聲發(fā)射、電磁輻射等。 對(duì)沖擊地壓的治理措施包括戰(zhàn)略防御和主動(dòng)解 危兩方面。 1.2 沖擊地壓的分類 (一)根據(jù)沖擊地壓的物理特征，按發(fā)生原因分： 1壓力型；2突發(fā)型；3爆裂型 (二)根據(jù)沖擊地壓的能量特征，按沖擊時(shí)釋放的地 震能大小分： 1.微沖擊；2.弱沖擊；3.中等沖擊；4.強(qiáng)沖擊 ； 5.災(zāi)害型沖擊 (三)根據(jù)參與沖擊的巖體類別分： 1煤層沖擊；2巖層沖擊； (四)根據(jù)沖擊力源分： 1.重力型；2.構(gòu)造型；3.中間型； 2、沖擊地壓預(yù)測(cè)方法 根據(jù)具體情況，在分析地質(zhì)開采條件的 基礎(chǔ)上，采用多種方法進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)。 首先分析地質(zhì)開采條件，根據(jù)綜合指數(shù) 法和計(jì)算機(jī)模擬分析方法，預(yù)測(cè)劃分出沖擊地 壓危險(xiǎn)及重點(diǎn)防止區(qū)域，提出沖擊地壓的早期 區(qū)域性預(yù)報(bào)。在此基礎(chǔ)上，采用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ，對(duì)礦井沖擊地壓的危險(xiǎn)性提出區(qū)域和及時(shí)預(yù) 報(bào)；采用地音監(jiān)測(cè)法、電磁輻射檢測(cè)法等地球 物理監(jiān)測(cè)手段，對(duì)礦井回采和掘進(jìn)工作面進(jìn)行 局部地點(diǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；然后采用鉆屑法，對(duì)沖 擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)報(bào)，同時(shí)對(duì)危險(xiǎn) 區(qū)域和地點(diǎn)進(jìn)行處理。 3、沖擊地壓防治 （1）沖擊地壓防范措施 合理的開拓布置和開采方式、開采保護(hù) 層。 （2）沖擊地壓的解危措施 卸壓爆破、煤層注水、鉆孔卸壓等。 解危措施效果比較 煤層高壓注水：需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能見 效，而且由于煤體的不均質(zhì)性，裂隙發(fā)育程 度不同，在一定注水時(shí)間內(nèi)煤體濕潤(rùn)程度差 別極大，影響解危減震效果。 深孔控制爆破：能夠快速見效，但爆破 層位應(yīng)選在中硬以上煤層中才能取得較好的 解危減震效果。 深孔控制爆破與高壓注水結(jié)合：利用爆 破后煤體裂隙發(fā)育的有利條件，使高壓注水 快速均勻起效，是一種較好的解危減震措施 。 預(yù)裂爆破采用不耦合裝藥，削減了作用 在孔壁上的爆壓峰值，且為孔與孔間彼此提供 了聚能的臨空面，巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉 強(qiáng)度，所以削弱后的爆壓峰值不致使孔壁產(chǎn)生 明顯的壓縮破壞，只有切向拉應(yīng)力使炮孔四周 產(chǎn)生徑向裂隙，而滯后的高壓氣體，沿縫產(chǎn)生 劈裂作用，使周邊連線上的裂紋全部貫通。 3.1深孔控制預(yù)裂爆破 深孔控制預(yù)裂爆破是 在爆破孔周圍增加了 輔助自由面控制 孔。 深孔控制預(yù)裂爆破是防治沖擊地壓的有 效方法，其中原理在于： （1）降低煤體應(yīng)力集中程度，解除沖擊 地壓的強(qiáng)度條件和能量條件。 （2）通過在煤體中實(shí)施深孔控制預(yù)裂爆 破，爆炸應(yīng)力波在煤體中的傳播，擾動(dòng)煤體 ，使煤體中積聚的大量彈性能在爆破的同時(shí) 能夠釋放出來，煤體中局部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生 改變，煤體中的支承壓力峰值向煤體深部和 爆破區(qū)兩側(cè)轉(zhuǎn)移，造成應(yīng)力重新分布。 （3）當(dāng)煤層進(jìn)行深孔控制預(yù)裂爆破后 ，煤體深部仍然存在高應(yīng)力集中并發(fā)生沖擊 地壓時(shí)，已卸壓的煤體會(huì)給深部沖擊地壓以 一定阻力，從而將發(fā)生在煤壁附近的破壞得 以控制。 （4）深孔控制預(yù)裂爆破后，煤層透氣 性增加，注水效果提高，爆破后結(jié)合強(qiáng)化抽 放或煤層注水措施，通過雙重作用，降低了 沖擊地壓發(fā)生和由它引起瓦斯突出的可能性 ，同時(shí)減少了受沖擊煤體內(nèi)瓦斯的涌出量， 消除或大大降低了瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能 性。 3.1.1深孔控制爆破爆能導(dǎo)向預(yù)裂理論 在工程爆破理論的基礎(chǔ)上，通過研究煤 層中爆破的特點(diǎn)以及煤層控制爆破預(yù)裂的目 的，以布置控制孔和不耦合裝藥為主要措施 ，通過引導(dǎo)和控制爆能，使爆破能量最大限 度的用于增大煤層裂隙，提高煤層透氣性， 降低或轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中，使爆破能量充分利用 到煤層瓦斯、沖擊地壓、頂板等災(zāi)害防治上 ，由此形成煤體控制爆破爆能導(dǎo)向預(yù)裂理論 。 3.1.2 炸藥品種的選擇 從理論上說，降低炸藥爆速可以降低炸 藥猛度，延長(zhǎng)爆炸對(duì)爆破介質(zhì)的作用時(shí)間， 有利于爆破介質(zhì)產(chǎn)生更多的裂隙、擴(kuò)大裂隙 范圍。但是，就目前的炸藥品種看，每一種 炸藥都有其合理的保證安全爆轟的爆速范圍 ，過低的爆速會(huì)導(dǎo)致爆轟中斷，對(duì)超長(zhǎng)柱狀 藥包安全傳爆不利。研究表明采用不耦合裝 藥，同樣可以相對(duì)降低炸藥的爆速達(dá)到目的 。炸藥采用化工廠生產(chǎn)的三級(jí)煤礦許用型水 膠（或乳化）炸藥。 3.1.3 裝藥工藝的研究及裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和深孔爆破的技術(shù)特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了可連接式塑料被筒。 為了提高深孔傳爆安全性，克服深孔爆 破中存在的管道效應(yīng)等不可預(yù)知的因素引起 的拒爆、爆燃現(xiàn)象，采用孔內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索、 雙炮頭正向起爆的裝藥結(jié)構(gòu)。 3.1.4 封孔工藝 利用注水封孔裝置采 用水封爆破。 采用壓風(fēng)封孔器進(jìn)行 噴泥封孔。封孔材料為略 潮的黃土，粒度在10mm以 下，壓風(fēng)達(dá)到0.35MPa以 上，封孔長(zhǎng)度不小于12m 。 3.2 煤層注水 大量的研究表明，煤系地層巖層的單向 抗壓強(qiáng)度隨著其含水量的增加而降低，其關(guān) 系可用下式表示： 同樣煤的強(qiáng)度與沖擊傾向指數(shù)WET也隨 煤的濕度增加而降低。 預(yù)裂爆破后，通過控制孔進(jìn)行注水。 謝謝各位專家領(lǐng)導(dǎo)