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(gè)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(jìn)、礦山支護(hù)、充填工藝、邊坡穩(wěn)定及礦山地質(zhì)有密切的聯(lián)系?；诖?，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(guò)對(duì)井下上覆巖層的移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析研究，在采煤工作面出現(xiàn)彎曲破壞和剪切破壞時(shí)，圍巖的支承壓力重新分布，致使上覆巖層出現(xiàn)初次來(lái)壓和周期性來(lái)壓的現(xiàn)象。基于我礦30102運(yùn)輸順槽的來(lái)壓方式和特點(diǎn)，提出相對(duì)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(jìn)而為煤礦企業(yè)創(chuàng)造良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

一、礦山壓力概述

礦山壓力指地下巖體在采動(dòng)前，由于自重的作用在其內(nèi)部引起的應(yīng)力，通常稱(chēng)為原巖應(yīng)力，因開(kāi)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(kāi)掘巷道或進(jìn)行回采工作時(shí)，破壞了原來(lái)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(guò)煤巖的極限強(qiáng)度時(shí)，使巷道和回采工作面周?chē)拿簬r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(dòng)、露天礦邊坡滑移、沖擊地壓、水與瓦斯突出等，均稱(chēng)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(dòng)過(guò)程中，因煤巖體的采出，壓力重新分布，采動(dòng)后作用于巖層邊界或存在于巖層中，使圍巖向已采空間運(yùn)動(dòng)的力，即采動(dòng)后促使圍巖運(yùn)動(dòng)的力稱(chēng)為“礦山壓力”。礦山壓力隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果，受力的性質(zhì)、大小和變化與上覆巖層運(yùn)動(dòng)密不可分，因此通過(guò)研究上覆巖層的破壞形式，進(jìn)而分析探討上覆巖層在采煤工作面推進(jìn)方向上的運(yùn)動(dòng)發(fā)展規(guī)律。

當(dāng)上覆巖層變形直至完全破壞時(shí)，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(jìn)，上覆巖層暴露出來(lái);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(shí)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(guò)假塑性巖梁所能承受的沉降值時(shí)，覆巖層會(huì)自行垮落。

上覆巖層剪切破壞的發(fā)展過(guò)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(méi)有開(kāi)裂或開(kāi)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(shí)，剪應(yīng)力超過(guò)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(lái)壓運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過(guò)程分為初次運(yùn)動(dòng)階段和周期性運(yùn)動(dòng)階段。

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

“周期性運(yùn)動(dòng)階段”是指從巖層初始移動(dòng)到采煤工作面回采結(jié)束，頂板巖層按一定的運(yùn)動(dòng)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(shí)，運(yùn)動(dòng)來(lái)壓步距遠(yuǎn)小于初次來(lái)壓步距。

采煤工作面巖層周期運(yùn)動(dòng)引起的礦壓行為稱(chēng)為“回采工作面上的周期性來(lái)壓”。在此階段，巖層的完整性比初次運(yùn)動(dòng)前差，且運(yùn)動(dòng)步距相對(duì)較小。因此，當(dāng)兩種運(yùn)動(dòng)間的壓力強(qiáng)度差異較大時(shí)，不但要盡量加大推進(jìn)方向的距離，還必須單獨(dú)考慮支架的選型和設(shè)計(jì)。

四、礦壓規(guī)律分析

通過(guò)對(duì)圓圖自記儀、頂板動(dòng)態(tài)儀每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)情況進(jìn)行分析，得出頂板變化量隨推進(jìn)量變化圖。根據(jù)圓圖自記儀，工作面共布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，9個(gè)圓圖自記儀支架工作阻力均達(dá)到或接近40 MPa。并且30102運(yùn)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?duì)30102運(yùn)輸順槽靜態(tài)沖擊危險(xiǎn)區(qū)和回采期間工作面前方動(dòng)態(tài)沖擊危險(xiǎn)區(qū)的分析，設(shè)計(jì)超前工作面300m對(duì)工作面煤體實(shí)施大直徑鉆孔卸壓。對(duì)有沖擊地壓危險(xiǎn)的煤體實(shí)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(gè)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(shí)，大直徑鉆孔能為周?chē)后w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(xiǎn)程度及施工方便，設(shè)計(jì)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(xiǎn)區(qū)內(nèi)不超過(guò)3m，中度危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)不超過(guò)2m，高度危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)不超過(guò)1m。

因過(guò)斷層影響及兩順槽門(mén)口至停采線(xiàn)為頂板掘進(jìn)，30102運(yùn)輸順槽有6處巷道留底煤厚度超過(guò)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(dòng)力災(zāi)害。斷底卸壓是治理該類(lèi)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(shí)施爆破，破壞底煤的整體性，從而避免底煤沖擊。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著煤炭開(kāi)采的不斷延深，“三高一擾”問(wèn)題突出，同時(shí)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(jí)，災(zāi)害事故越來(lái)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(shí)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(dòng)和移動(dòng)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(dòng)條件下，巖層的運(yùn)移和產(chǎn)生破壞的結(jié)果。因此，清楚認(rèn)識(shí)礦山壓力及巖層運(yùn)動(dòng)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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