摘要：随着经济发展对煤炭的需求增加，煤炭开采方向变成了深层煤炭资源。深层开采对技术的要求比浅层开采高，其中最大的难题之一就是冲击地压。本文基于钻孔卸压防治冲击地压机理及影响因素分析展开论述。
关键词：钻孔卸压防治；冲击地压机理；影响因素分析
引言
近年来，我国煤炭深部开采，尤其是近800m采深的特厚煤层矿井，除了常见的动静叠加型冲击地压外，出现了一些新现象，即纯静载荷自发型冲击。此类冲击地压发生区域往往为巷道基础静载荷充足区域，如地质构造、相变带、邻近巷道群、采空区等影响的巷道区域，且具有如下特点:①自发性:在无外力扰动的情况下发生，如采掘活动、顶板运动、矿震等;②时滞性:在成型巷道已稳定并进行2次支护较长一段时间之后突然发生。此类冲击地压隐蔽性非常强，自发性和时滞性的特点是其区别于常规冲击地压的重要特征。
1巷道煤体冲击地压发生机制
齐庆新提出的冲击地压应力控制理论认为，高应力水平是煤岩体发生冲击地压的必要条件，其在动力扰动作用下极易发生非稳定性失稳，从而诱发冲击地压。巷道开挖或者工作面煤体采出后，引起煤岩体应力重新分布，巷帮表面煤体发生破坏，并扩展至弹性应力边界，形成一定程度的应力集中。若煤体性质坚硬或顶板悬露面积过大，则应力集中区域离巷帮表面较近且应力集中程度较大，当煤体中应力大于其极限强度时，煤体发生破坏，储存在煤体及顶底板中的弹性能突然释放，由于弹性能释放区域距离巷帮表面较近，其形成的应力波对巷帮煤体的破坏程度很大，甚至使煤体大量涌出，呈现冲击地压显现。
2钻孔卸压防冲机理
由于孔边应力集中的作用，钻孔周围一定范围内的煤体应力大大降低形成卸压区，当在煤体中合理布置卸压钻孔，使各钻孔卸压区之间相互连接、贯通，形成一条弱化带，其破坏了煤体的承载结构，使煤体在顶底板岩层夹持作用下发生相对滑动，煤体与岩层的界面内摩擦角及粘聚力随之大大下降，煤体中应力平衡区范围显著增大，使峰值位置向煤体深部转移且峰值逐渐减小，极限平衡区煤体应力大大降低，破坏了其发生冲击地压的应力条件，降低了煤岩体的冲击危险性，同时卸压后的煤体对深部煤体和巷道顶底板中发生的动力显现起到吸能保护作用，降低了深部煤岩体失稳对巷道空间的影响，从而防治冲击地压的发生。
3深部开采冲击地压防控难点
(1)埋深大，由重应力、水平应力构成的基础静载荷充足，冲击地压发生门槛降低，防控范围点多面广，新建矿井开拓期间大巷就能发生冲击。(2)与浅部相比，地层结构复杂，远场高位覆岩结构调整，近场低位顶板垮断，都可以提供冲击动载荷源。(3)煤层埋深大，传统卸压方法，应力恢复快，卸压时效短，需要强卸压、勤卸压施工，卸压过程中冲击地压伤亡事故频发。(4)受“压、剪、挤、推”连续作用，87%巷道底板大变形、冲击剧烈，成为能量释放通道，底板冲击显现难以解决。总的来说，我国煤炭深部开采冲击地压特征表现为发生门槛降低，冲击显现位置点多面广，发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大，防治范围扩大，应力恢复快，高强度、长时效卸压要求突出。
4冲击地压应力波作用
大量理论研究与工程实践表明，冲击地压的发生与动载扰动因素有关。根据岩石动力学理论，这些动载在煤岩体中以应力波的形式进行传播，因此有必要从应力波的角度揭示冲击地压形成机理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在开采过程中，应力波的产生与煤岩体的破断行为有关，主要包括高位坚硬顶板破断与深部应力集中区煤体破断行为。当煤层上方覆存高位厚硬岩层时，随着煤层开采活动的进行，岩层下覆离层空间逐渐扩大，下覆岩层对高位顶板的支撑作用逐渐减少。当达到顶板抗拉强度时，将开始在顶板岩梁内弯矩最大处随机地出现微裂纹，随着弯矩的进一步增大，大量微裂纹逐渐汇聚成宏观主破断面，最终形成高位顶板破断，并在此过程中释放出大量弹性能，形成冲击应力波。冲击应力波通过顶板传播到煤层中，首先在煤层中造成大量裂纹扩展，形成一定程度的能量衰减。应力波传播到采掘空间后，处于采动应力(静载)作用下的煤岩体在动载应力波的综合作用下发生动态破坏，大范围煤体发生严重破坏时将形成冲击地压灾害。另一方面，对于应力集中区煤体破断震源，煤岩体在未受到采动影响时处于原始应力状态，工作面回采后，煤岩体内部应力开始重新分布，工作面前方深部煤体垂直应力将超过原岩应力。随着工作面逐渐推进，前方深部煤体垂直应力不断升高，并开始在煤体内部形成大量随机分布的微观裂纹，一旦大范围煤体内部垂直应力超过其抗剪强度后，微观裂纹将迅速汇聚形成大尺度煤体破断，并产生高强度应力波。应力波进一步传播扩散到其他处于采动应力影响下的煤体，大范围煤体在静载应力与动载应力波综合影响下发生动态破坏，将形成冲击地压灾害。
5钻孔卸压防治冲击地压的技术应用分析
利用钻孔释放压力是降低岩爆带危险的有效方法。卸压钻孔工程完成后，钻孔周围的煤岩块会因应力集中现象而慢慢出现一个破碎的区域。由于煤层破裂引起的孔壁应力为0MPa，因此保护巷的最高压力会从某些煤岩中释放弹性能量，从而导致为减压目的而移动到深层周围岩石中。减压钻孔放置主要由孔深度和孔直径两个重要参数决定。a)减压钻孔孔径。产生压力松弛钻孔后，孔周围的区域主要由破裂区域、可塑性区域和弹性区域组成。破裂区域的应力比原始岩石应力小得多，其主要作用是通过钻孔释放压力。随着破坏区域的不断增大，煤的变形越来越大，煤柱的承载强度也越来越小。井壁周围岩石之间的摩擦大于周围岩体的磁中应力时，就会出现崩塌孔，卸压钻孔的自由空间由崩塌的煤岩填充，压缩使孔内各方向的总力达到平衡，各区域的状态相对稳定。b)卸压钻孔深度。卸压钻孔必须从低应力区域过渡到高应力区域，逐渐施工，在施工过程中，必须记录每1米钻孔产生的钻孔量、孔压力等。钻孔深度通常应由煤层厚度和道路保护用煤柱宽度来确定，隧道面卸压钻孔的深度是煤层厚度的3倍，巷道卸压钻孔的深度是采矿高度的4倍。
结束语
对于冲击地压的防治主要分为区域性防范措施和局部性的解危措施，其中局部性的解危措施主要包括煤层卸载爆破、钻孔卸压、断顶爆破等。由于具有施工简单、对地质条件适应性强等特点，钻孔卸压在冲击地压防治中得到了广泛应用。
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论文作者:徐玮,陈振宇,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/22
标签：应力论文; 钻孔论文; 地压论文; 煤层论文; 巷道论文; 发生论文; 顶板论文; 《工程管理前沿》2020年第3期论文;