安彥成

摘 要：礦山壓力的防治作為采礦工業(yè)技術(shù)的一個重要組成部分，有它的具體內(nèi)容和范圍。與采礦方法、空區(qū)處理、井巷掘進、礦山支護、充填工藝、邊坡穩(wěn)定及礦山地質(zhì)有密切的聯(lián)系。基于此，本文詳細(xì)的闡述了礦山壓力的分布及其防治技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦山壓力;分布規(guī)律;防治措施

通過對井下上覆巖層的移動規(guī)律進行分析研究，在采煤工作面出現(xiàn)彎曲破壞和剪切破壞時，圍巖的支承壓力重新分布，致使上覆巖層出現(xiàn)初次來壓和周期性來壓的現(xiàn)象?；谖业V30102運輸順槽的來壓方式和特點，提出相對應(yīng)的防治措施，主要采用大直徑鉆孔卸壓的方式和巷道底板卸壓的方式卸壓，進而為煤礦企業(yè)創(chuàng)造良好的社會、經(jīng)濟效益。

一、礦山壓力概述

礦山壓力指地下巖體在采動前，由于自重的作用在其內(nèi)部引起的應(yīng)力，通常稱為原巖應(yīng)力，因開采前的巖體處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以原巖體是處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，重新分布的應(yīng)力超過煤巖的極限強度時，使巷道和回采工作面周圍的煤巖發(fā)生破壞，這種情況將持續(xù)到煤巖內(nèi)部重新達(dá)到新的應(yīng)力平衡為止。另外，在礦山壓力作用下所引起的一系列力學(xué)現(xiàn)象，如頂板下沉和垮落、底板鼓起、片幫、支架變形和損壞、充填物下沉壓縮、巖層和地表移動、露天礦邊坡滑移、沖擊地壓、水與瓦斯突出等，均稱之為礦山壓力顯現(xiàn)。

二、上覆巖層破壞形式

采煤工作面在采動過程中，因煤巖體的采出，壓力重新分布，采動后作用于巖層邊界或存在于巖層中，使圍巖向已采空間運動的力，即采動后促使圍巖運動的力稱為“礦山壓力”。礦山壓力隨著采煤工作面的不斷推進而不斷變化，且受暴露的巖層面積、厚度及壓力傳遞情況的影響。井下巷道及采煤工作面支架受力分布也是圍巖運動的結(jié)果，受力的性質(zhì)、大小和變化與上覆巖層運動密不可分，因此通過研究上覆巖層的破壞形式，進而分析探討上覆巖層在采煤工作面推進方向上的運動發(fā)展規(guī)律。

當(dāng)上覆巖層變形直至完全破壞時，有彎曲破壞和剪切破壞兩種破壞形式。彎曲破壞為：①隨著采煤工作面的推進，上覆巖層暴露出來;②上覆巖層在重力作用下發(fā)生彎曲變形，當(dāng)巷道內(nèi)覆巖層的懸露跨度達(dá)到一定量時覆巖彎曲下降，煤壁端部有一定的界限和裂紋，形成中間裂紋;③當(dāng)沉降值超過假塑性巖梁所能承受的沉降值時，覆巖層會自行垮落。

上覆巖層剪切破壞的發(fā)展過程：①在巖層懸露后產(chǎn)生較小的彎曲變形，且懸垂巖石的末端破裂;②在巖層中部沒有開裂或開裂程度小的情況下，突發(fā)性地發(fā)生整體切斷垮落的現(xiàn)象。此時，剪應(yīng)力超過上覆圍巖的限度，從而發(fā)生剪切現(xiàn)象。

三、上覆巖層分布規(guī)律

在采煤工作面，由于上覆巖層壓力大小不同及支承條件不同，可將上覆巖層來壓運動的發(fā)展過程分為初次運動階段和周期性運動階段。

“初次運動階段”是指采煤工作面的礦山壓力來壓顯現(xiàn)影響到一兩個巖梁初次發(fā)生斷裂運動到結(jié)束的階段，這對采煤工作面的壓力有明顯的影響。因任何巖層初次來壓步距要比正常情況下大，因此，初次來壓運動面積較為廣泛，強度較高，且伴有動壓沖擊。在控制巖層運動和礦壓顯現(xiàn)時，要注意動壓的沖擊，以保證采煤工作面在初次來壓期間的安全。

“周期性運動階段”是指從巖層初始移動到采煤工作面回采結(jié)束，頂板巖層按一定的運動周期規(guī)律斷裂的階段。在這一發(fā)展階段，巖層的約束發(fā)生了根本性的變化，直接頂巖是采煤工作面一端固定的懸臂梁，頂層各巖梁均由煤壁一端支承，另一端為采空區(qū)矸石支承的不等高傳遞巖梁。此時，運動來壓步距遠(yuǎn)小于初次來壓步距。

采煤工作面巖層周期運動引起的礦壓行為稱為“回采工作面上的周期性來壓”。在此階段，巖層的完整性比初次運動前差，且運動步距相對較小。因此，當(dāng)兩種運動間的壓力強度差異較大時，不但要盡量加大推進方向的距離，還必須單獨考慮支架的選型和設(shè)計。

四、礦壓規(guī)律分析

通過對圓圖自記儀、頂板動態(tài)儀每天的數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合現(xiàn)場觀測情況進行分析，得出頂板變化量隨推進量變化圖。根據(jù)圓圖自記儀，工作面共布置9個測點，9個圓圖自記儀支架工作阻力均達(dá)到或接近40 MPa。并且30102運輸順槽初壓步距為32m～39m，周壓步距為19m。

五、防治措施

采用大直徑鉆孔卸壓的方式和巷道底板卸壓的方式卸壓?；趯?0102運輸順槽靜態(tài)沖擊危險區(qū)和回采期間工作面前方動態(tài)沖擊危險區(qū)的分析，設(shè)計超前工作面300m對工作面煤體實施大直徑鉆孔卸壓。對有沖擊地壓危險的煤體實施大直徑鉆孔后，巷道一定深度的圍巖因發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞而形成一個弱化帶，使高應(yīng)力向圍巖深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道處于低應(yīng)力區(qū)。當(dāng)煤體應(yīng)力較高時，大直徑鉆孔能為周圍煤體破碎提供位移空間，從而釋放應(yīng)力。

大直徑鉆孔參數(shù)主要包括鉆孔深度、孔間距、孔口高度和鉆孔直徑?？紤]煤層厚度、沖擊危險程度及施工方便，設(shè)計鉆孔孔口距離底板1.0m～1.5m，孔徑空110mm，孔深22m;孔間距一般危險區(qū)內(nèi)不超過3m，中度危險區(qū)內(nèi)不超過2m，高度危險區(qū)內(nèi)不超過1m。

因過斷層影響及兩順槽門口至停采線為頂板掘進，30102運輸順槽有6處巷道留底煤厚度超過1m。因煤層產(chǎn)狀穩(wěn)定，連續(xù)性、穩(wěn)定性較好，屬于脆硬底煤，易在積蓄大量彈性能后突然沖出，造成動力災(zāi)害。斷底卸壓是治理該類沖擊地壓的有效措施。而“斷底卸壓”是指在巷道內(nèi)向底板煤體施工鉆孔或?qū)Φ装迕后w實施爆破，破壞底煤的整體性，從而避免底煤沖擊。

六、結(jié)語

隨著煤炭開采的不斷延深，“三高一擾”問題突出，同時綜放、綜采和綜掘技術(shù)也在迅猛發(fā)展，煤塵、瓦斯、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、地溫等自然災(zāi)害危害程度也不斷升級，災(zāi)害事故越來越嚴(yán)重，特別是沖擊地壓災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著工人的生命安全和礦井的安全生產(chǎn)。實踐證明，大多數(shù)礦井的沖擊地壓災(zāi)害與其井下巖層移動和移動后的應(yīng)力重新分布緊密相連。沖擊地壓的本質(zhì)是在一定的采動條件下，巖層的運移和產(chǎn)生破壞的結(jié)果。因此，清楚認(rèn)識礦山壓力及巖層運動的規(guī)律，制訂正確的控制措施，并基于煤礦沖擊地壓的現(xiàn)狀，提出不同程度下的沖擊地壓防治措施。

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