煤矿冲击地压评价模型及其应用

煤矿冲击地压评价模型及其应用
摘要：随着矿井开采深度的增加，冲击地压现象越来越频繁，严重影响着深
部煤炭资源的安全、高效开采。

现场实践表明，地质构造是诱发冲击地压的重要
因素，其中煤层厚度的变化引起的冲击显现日益增多。

冲击地压作为矿井的重要
灾害之一，对井下破坏力极大，如何保证井下安全、减少冲击地压的发生频率是
急需解决的问题。

本文针对煤矿过断层期间的自然发火与冲击地压双重重大风险，通过采取不同的针对性管控措施，有效地管控了工作面过断层期间自然发火与冲
击地压并存的重大风险，提高了矿井自然发火与冲击地压治理水平，保证了矿井
安全。

关键词：煤矿；冲击地压；评价模型；应用
引言
冲击地压又称“岩爆”，是指在井下巷道或工作面周围岩体，因地质弹性发
生变化瞬间释放出的能量，对巷道和工作面造成严重的破坏力，经常伴随煤岩体
抛出、巨响及气浪等现象。

随着矿井开采深度的不断增加，深部煤层开采改变了
原岩的稳定性，围岩在自稳调整阶段产生应力集中现象，煤矿冲击地压显现更加
频繁，给矿山安全生产带来极大威胁。

如何采取有效的防范对策，加强对冲击地
压事故的预测，降低冲击地压事故发生的几率，是保证矿井安全生产的关键所在。

1工作面冲击地压发生机理
坚硬顶板特殊结构体工作面采场的覆岩运移和矿压显现规律与其他工作面开
采有很大差别，因受周边已回采工作面采空区应力作用的影响，造成工作面顶底
板应力高度集中，包括由煤(岩)体自重引起的自重应力、地质构造引起的构造应力、周围不规则开采引起的结构应力以及周边采空区悬露顶板引起的历史支承压力。

基于此，把这些应力的合应力统称为特殊结构体工作面煤(岩)体的原始应力，由特殊结构体工作面的原始应力集中所积聚的弹性能称为特殊结构体工作面的原
始弹性能，这是工作面易发生冲击地压的应力和能量基础。

在工作面开采过程中，
随着推采的不断进行，工作面前方煤体内的应力不断集中，弹性能也随之不断积聚，工作面前方煤体不断积聚的弹性能在采动影响作用下，沿着煤岩介质的优势
路径向工作面开采方向的弱势面进行延伸，并形成定向的能量势场，从而损伤弱
化煤岩介质的形状组织，使煤体内部发生裂纹扩展、贯通和汇聚，甚至发生轻微
的滑移，并消耗能量做功。

当形成的能量大小超过损伤弱化工作面煤(岩)体介质
做功而消耗的能量时，被损伤弱化的煤(岩)体就会从开采空间的弱势面上突然抛出，同时伴随着强烈的冲击波，导致发生冲击地压。

2矿冲击地压评价模型及其应用
2.1评价指标权重的确定
本文提出的冲击地压机理指标权重计算采用层次分析法。

体系包含两个主准
则层指标,当体系中只有两个指标时,直接确定各自权重即可。

冲击地压能量释放
的特征指标有3个次准则层:瞬间性指标是最重要的指标,体现了冲击地压与普通
冒顶事故的区别;集中性是第二指标,体现了冲击地压能量释放的集中程度;突然
性为第三指标,体现了状态变量在发生突变时无明显宏观征兆。

冲击地压机理的
要素指标中,关键要素最为重要,只有明确了关键要素,冲击地压的监测与防治才
能抓住重点;形成要素为第二重要的指标,体现了导致冲击地压发生的具体条件;
普遍规律性是机理研究的一项原则,重要程度在上述两项指标之后;假设条件是机
理研究时的前提,机理研究时很难做到完全没有假设条件,因此其重要性排在最后。

2.2综合评价结果与评价等级
对各准则层进行打分,结合权重结果即可得到冲击地压机理的综合评价结果。

每个准则层按[0~1]范围进行打分。

对于能量释放突然性、瞬间性指标,按照揭示
程度取[0~1];对于具体化的形成要素、明确的关键要素指标,能够体现指标的,即
为1,不能体现指标的,直接取0;对于能量释放集中性指标,能够体现集中释放的,
取0.5,能够量化计算的,根据量化的程度取0.6~1;对于相对性指标,如最少的假
设条件指标,可采用以1为基础,每增加一个假设条件降低0.2的方法;对于模糊
性指标,如尽量揭示普遍规律指标,如果仅从某一特例揭示机理,取0.2~0.4,而从
一定角度出发,研究确定普适性机理的,可根据揭示程度取值为0.8~1。

3煤矿深部开采冲击防治技术分析
3.1冲击地压应力技术分析
在我国的具体发展过程中，防控技术体系大多是以控制为主，虽然冲击力形
成的距离原理并没有得到明确地掌控。

但是，相关技术人员在不断地研究以及探
索过程中，也对这一因素进行了充分的了解，为冲击低压防治工作的开展提供了
可靠的数据支持。

通常而言，冲压的矿井主要是对局部或者区域结合的方式进行
利用，在矿井设计的过程中，采取区域的防治办法，通过对区域范围的应力的研究，能够对危机程度进行整体消除。

研究得知，区域防治技术大多在两个方面体现。

一方面，从优化开采设计的区域冲击危险来组织开展防治工作，具体包括：
开拓方式以及开采顺序等。

对于这些工作来说，可以从源头上对应力的出现进行
规避，有效地加以防治。

另一方面，从区域范围来对煤岩体进行削弱，保证应力
水平可以从整体的角度上减少，借助煤体注水等方式来进行开展。

针对已经形成
的采掘工作面，需要进行区域防尘，并将此作为基础，有效地开展局部防冲工作。

此外，冲击地压局部防治技术在具体应用阶段，常常会受到特殊因素的干扰。

因而，为了可以有效地规避这些现象，降低问题出现的概率，可以对局部紧急处理
办法进行利用。

3.2冲击地压支护设备
对于冲击地压危险区域来说，可以结合实际情况，采取科学的加强，诸如：
锚杆等。

通常支护方式相对较多，可以利用主动支护以及钢架被动支护组合的办法。

新型支护设备，具体有液压支架等，在实际的工作开展过程中，通过对工作
阻力的不断增加，让支护体系的整体高度得到增强，并对金属材料进行高效的运用，以确保支护中的阻尼系数可以大幅度提升。

同时，借助优秀的吸能特性，让
支护体系得到不断的健全和完善，以保证围岩冲击下，能够形成相对稳定的变形
让位。

此外，可以对超高强热处理技术进行应用，有效地对锚杆强度进行提升，
在冲击载荷的影响之下，将其优越性能整体凸显出来，让延伸性能以及呼吸能力
可以得到不断的增强，进而最大限度地满足巷道支护的要求。

3.3加强预测预报
建设SOS微震监测系统，采用KBD5、KBD7电磁辐射仪对采掘工作面进行监测、分析及预测预报，提高数据的准确性。

在工作面上、下端头5m开始，每15m
在硬帮设一个固定测点，上下巷从工作面硬帮往外5m开始，每15m在回风道下
帮及溜子道上帮各设1个固定测点。

当工作面开采与测点间距离小于5m时，上、下巷往外及时补加测点。

采后每原班观测一次，如有冲击现象则每小班观测一次。

结束语
综合而言，在社会经济高速发展的新时期下，煤矿行业所发挥的作用和价值
非常大。

但是，对于煤矿行业来说，与其他行业不同，本身具有较强的危险性，
尤其是冲击地压灾害，更是会为工程造成较为严重的影响。

所以，相关人员在工
作过程中，一定要强化对冲击地压问题的重视，能够做好相应的预防措施，以保
证工程的开展可以更加稳定顺利，不会出现任何的问题。

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