煤层群开采冲击地压机理与防治

煤层群开采冲击地压机理与防治

冲击地压受到多种因素影响，近些年来，冲击地压发生的频率及次数均有上升的趋势，加强对煤层群开采冲击地压机理及防治技术的研究十分有必要。基于此，笔者对冲击地压的发生原因进行分析，并提出了冲击地压的一些具体防治措施，以期能为矿井冲击地压防治工作开展提供一些有借鉴。

标签：煤层群；冲击地压；防治技术

Abstract：Rock burst is affected by many factors，and in recent years，the frequency and frequency of rock burst have an upward trend，so it is necessary to strengthen the study of mechanism and prevention technology of rock burst in coal seam group mining. Based on this，the author can analyze the causes of rock burst，and put forward some specific prevention measures，in order to provide some reference for mine rock burst prevention and control research.

Keywords：coal seam group；rock burst；prevention and control technology

近些年来，冲击地压发生的频率及次数都有上升的趋势，给矿区的和谐稳定发展带来一定影响。在我国的山东济宁、河南义马、山西大同等矿区均有厚坚硬岩层赋存，这些厚坚硬岩层厚度达到几十甚至上百米，整体稳定性较好，在煤炭回采过程中当岩层发生运动时就会出现矿山动力现象。国内外的众多学者对冲击地压产生的机理开展了大量的基础性研究[1～2]，并提出了有一些有针对性的防治措施，在实践过程中取得了一定的效果，对冲击地压发生机理及防治技术进行深层次的研究对保证矿井安全生产具有重要的指导意义，基于此，笔者对煤层群开展冲击低地压机理及防治技术进行研究，以期能为矿井冲击地压的治理提供一些有益借鉴。

1 冲击地压引发因素分析

煤层群冲击地压的主要影响因素可以归结为以下几点：

1.1 煤层及其顶底板坚硬

煤层自身及顶底板岩性较为坚硬，大同矿区开采的侏罗纪煤层群煤层硬度及顶底板岩性均较为坚硬，煤体自身的抗破坏强度较强，煤体受到较大的应力作用情况下，在未达到煤体自身的破坏强度之间，煤体是发生弹性变形，当应力逐渐增大，煤体结构受到破坏时，煤体弹性势能释放，出现煤体结构剧烈破坏，产生冲击低压现象。煤层周边岩层较为坚硬，且容易聚集弹性势能，由于煤层围岩断裂释放的能量造成的冲击低压往往十分的迅猛。这种结构到造成煤层冲击地压具有较强的破坏性，在所有冲击地压类型中造成的影响最为严重。

1.2 地質构造

地质构造是导致冲击地压发生的另一重要影响因素，以山西大同矿区冲击地压发生的几个矿井为例，那些矿井大多处于井田向斜构造的轴部区域，地应力值较大，根据侧向地应力值测量结果，侧向应力值达到了竖向应力的1.5倍，一般情况下水平侧向应力一般为竖向应力的0.5倍，地质构造产生的水平构造应力是导致冲击地压发生的主要原因之一。在煤层褶曲及断层等地质构造应力较大的区域掘进巷道时，煤体及围岩的弹性势能释放时，发生冲击地压。

1.3 煤层开采引起的附加应力影响

当煤层顶板较为坚硬时，煤层开采后的采空区未能被上覆岩层冒落的矸石填充时，导致采空区基本顶压力向采空区后侧转移，顶板不仅要承受自身重量，还要承担顶板上方覆岩的应用，同时受到回采工作面超前支撑压力作用，引起采空区邻近的煤柱成为冲击地压高发区域。近距离煤层区开采时，加重了工作面回采对冲击地压带来的影响，上部煤层开采完毕后，余留的护巷煤柱将顶板压力传递到下层煤的开采煤柱上，增加了下层煤煤制发生冲击低压的可能。此外，由于工作面回采带来的超前支撑压力和顶板的周期性来压，都会增加冲击地压发生的可能，根据有关统计数据，冲击低压发生的区域多集中在工作面回采引起的超前支撑压力范围以内，且在工作面顶板周期性来时发生。

1.4 开采面积及煤层开采深度影响

冲击地压发生与开采面积及煤层采深有关系。煤层群开采时，冲击地压多发生在下部煤层开采时，冲击地压在300m以浅的位置，未出现过。例如：山西大同同家梁煤矿在开采深部的11号煤层时出现冲击地压，在开采浅部煤层时，冲击地压从未发生。

2 冲击地压防治技术

2.1 冲击地压综合预报技术

冲击地压时多种因素综合作用的结果，具有随机性，偶发性，破坏形式多种多样，冲击地压的预测预报一直是冲击地压研究的难题，必须综合采用多少监测方法，提高冲击地压预测的准确性。根据有关冲击地压发生的规律及发生的位置进行研究分析，可以将采空区面积与开采区面积比作为冲击地压防治的评定指标。然后辅助采用钻屑法、矿压观测法、微震监测法等综合监测技术，对冲击地压发生进行预测预报。根据大同矿区煤层群开采冲击地压数据，当采空区面积与采区面积比在接近或者达到0.3时，冲击地压开始发生，面积比在0.3～0.5时，冲击地压发生的强度及次数均较以往有所增加。因此，可以将采空区面积与回采区面积比接近0.3时作为冲击低压预防的一个重要技术指标。

2.2 冲击地压综合防治技术

2.2.1 合理优化巷道布置

煤层群开采时，上部未完全回采的煤体形成应力集中区，上部采空区覆岩应力通过煤柱向下部回采工作面传递，在对巷道进行布设时，应尽量避开上部采空区煤柱应力影响区，虽然回采工作面巷道布置通常是采用内错的方式进行，但仍会受到上部煤柱应力作用的影响。减少上部开采采空区护巷煤柱的数量，对煤柱的位置在采掘工程平面图上进行详细布置，下部工作面巷道布置避开上部采空区煤柱影响，可以减少冲击地压发生的可能。2.2.2 煤层顶板弱化技术

对回采区域坚硬煤层顶板采用顶板弱化技术，降低煤层与围岩的强度，使得采空区上部覆岩在应力作用下能够发生破碎，断裂，消减冲击地压发生的内外在因素。弱化煤层顶板的技术措施有煤层注水技术，松动预裂爆破技术、煤层底板开槽卸压技术、煤壁钻孔卸压技术等手段。最常用的是煤层注水卸压技术，在工作面巷道内向煤壁内施工水平钻孔，钻孔一般在工作面前方300m位置处开始布置，钻孔的深度一般布置50m左右，钻孔孔间距一般布置在10m左右，钻孔与巷道垂直布置，注水压力控制在1.5MPa左右，煤层注水后，弹性能量指标得到了明显的降低，使得煤体内能量在较大范围内得以释放，从而消除煤层冲击地压发生可能。

2.2.3 采空区顶板处理

采空区坚硬顶板是冲击低压得以发生的主要影响因素，对冲击地压顶板进行处理，减少采空区顶板悬空面积，使得其及时垮落减少顶板压力对煤体的应力作用。如及时在工作面后方采用深孔预裂爆破技术处理顶板，使顶板及时垮落，对预防冲击地压的发生具有良好的作用。

2.2.4 加强回采工作面巷道支护

增加回采工作面超前支护的范围及强度，如，将回采工作面靠近采空区一側的巷道超前支护范围扩大至回采工作面前方200m，单体支柱的数量增加至3～4排，支柱间的间距缩小，具体的支护要根据现场情况进行判定，采用锚杆+锚杆+钢带及钢筋网的联合支护形式，在保证巷道支护强度的同时也可以允许巷道有一定的变形量，冲击地压的防治有良好的促进。

3 总结

冲击地压发生受到煤层及顶底板岩性、地质构造、开采深度等因素影响，煤层群开采时，上部采空区的护巷煤柱应力往往向下部传递，也是造成下部发生冲击地压的重要因素。本文对煤层群开采时冲击地压发生的机理及影响因素进行了分析，并指出了一些具体的防治措施，以期能更好的促进冲击地压研究的发展，为矿井冲击地压防治提供一定的有益借鉴。

参考文献：

[1]宫健山.冲击地压发生机理与防治技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2018