浅析冲击矿压防治技术

摘要：随着矿井向深部开采，各种动力灾害现象也涉繁出现。本文通过理论研究，结合地质资料，分析冲击矿压产生的机理、条件和特点，并借鉴国内外先进的防治办法和经验，设计出符合煤矿实际的灾害控制办法。

关键词：动力灾害 冲击矿压预应力桁架

前言

煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称为煤矿动力灾害，是煤矿重大灾害之一。目前，我国的冲击矿压及矿震灾害十分严重，近年来，随开采深度增加，此类灾害有加重的趋势。在高突矿井冲击矿压现象所引发的灾害后果更为严重，已成为制约煤矿安全生产新的灾害，是煤矿行业发展的重大障碍。我矿3层、9层都发生过不同程度的冲击地压事故，17层的煤层动力现象也比较明现。进入三水平，防冲的手段是我矿未来安全生产的主要课题。

冲击矿压防治措施

分析目前所采用的各种压力控制方法，从其对付矿压的原理来看，不外乎抗压、让压、躲压、移压四种控制途径。

抗压，是指通过提高支架的支撑能力或提高支护密度等方法，用加强支护的手段去抑制或减少围岩的移动，增强巷道的抗变型能力。如增大型钢的规格，提高支架的承载能力，充填支架背后的空间等。

让压，是指在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重损坏的前提下，容忍围岩产生一定变形，以释放掉一些能量，从而大大降低围岩对支架造成的压力。

躲压，是指根据工程体周围应力重新分布的特点和规律，在巷道位置的选择上将巷道布置在应力降低区内，从时间或空间上躲避开高压力的影响和作用。

移压，是指通过人工方法将巷道围岩松动，形成卸压槽孔或其他形式的卸压空间，在保持整体稳定的条件下，降低自身的承载能力，迫使载荷转移到离巷道较远的地点，达到减轻巷道受压的目的。

通过对已发生的冲击矿压事故现象调查发现，事故发生时的特点如下且基本相同：（1）事故发生前没有明显前兆，速度快；（2）事故发生时伴有巨响，有气浪；（3）事故发生后有大量煤体抛出，严重堵塞巷道，破坏严重。

前言中我们说过冲击矿压是在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放。其释放应力巨大，抛出大量货物，抗压对防治冲击矿压来说可行性比较小所以我们放弃抗压手段。结合以往的经验，冲击矿压常用防治措施如表1所示：

表1 常用治理措施汇总表

类别 防范措施 解危措施 防护措施

作用

原理 避免形成高度应力集中，避免产生能量积聚的条件，预先改变煤岩冲击倾向 降低应力梯度，创造能量释放条件，破坏煤岩结构 避免造成灾害事故

措施

名 称 开采解放层

合理的开拓开采布置

煤层预注水

煤层超前松动爆破

顶板预注水

顶板超前爆破 煤层卸载注水

煤层卸载爆破

煤层松动爆破

煤层卸载钻孔

顶板爆理

底板爆理 加强支护

宽巷掘进

爆破工艺制度控制

除了以上所列举的经常使用的治理方法，我们还可以使用锚网索+可伸缩性支架联合支护。

众所周知锚网索支护属于主动支护，可以充分利用围岩的自承能力、所需材料体积小、重量轻辅助运量低，虽然其有许多优点，但由于是隐蔽性较强的支护形式，压力显现不明显并且刚性有余韧性不足，一旦产生冲击压力围岩的应力平衡必然被打破，势必发生大面积冒顶事故。但可伸缩性支架为柔性支架，优点是其断面形状与顶板冒落后形成的自然平衡相吻合，可以让过冲击压力的峰值，在锚网索失效的瞬间对其产生支撑力阻止巷道继续垮塌冒落，有利于保持巷道的稳定性。 虽然可伸缩支架可以有效的防止冲击矿压的发生但随着煤矿科技的发展，产生了一种更加先进的支护技术：预应力桁架锚杆支护。

3预应力桁架的概念

预应力桁架是将巷道两肩窝深部岩体作为锚固点，专用张拉机通过桁架连接器将高强度的预应力钢绞线锁紧，并传递张拉力实现对顶板浅部围岩的兜护和对顶板结构的加固，控制顶板的离层、防止顶板加固区整体垮冒。

4预应力桁架的作用机理

预应力桁架最初应用在顶板，当支护的预应力达到一定程度时，能形成预应力承载结构，该结构不仅能通过大变形实现对外层结构的适应性让压，同时能在大变形中保持整体稳定性特征的层状顶板结构叫预应力承载梁，它具有连续传递应力的效应，从而使垂向应力集中程度减缓，两帮煤体破坏减弱，消除或大大减缓顶板离层，并从根本上控制巷道围岩的最终变形量，以达到最佳支护效果。这种支护方式充分发挥了各自的优势，刚柔相济、内外并举、标本兼治，即控制变形又保证安全，达到了良好的安全和经济效果。

图1预应力桁架的承载结构的作用机理

5预应力桁架的优点

预应力桁架与其他传统支护相比有很多优点：1）桁架内锚固点为巷道两肩窝深部岩体，十分可靠。2）桁架中拉紧的钢绞线与顶板形成线或面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状态好。3)钢绞线抗剪性能强，能缓解水平应力导致的顶板支护结构的剪切破坏；4）随围岩变形易形成闭锁结构，支护结构不易失效；5）桁架施加的水平预拉力在巷道顶板内产生一对对称弯矩，平衡顶板弯曲而产生的拉应力区，减少顶板破坏。6）与U型棚支护相比，每米巷道节省500元左右，施工直接成本大大减少，减轻了工人的劳动强度，减少了辅助运输量，提高了单进水平。

此项技术在生产中取得了不错的效果，如今该技术已推广应用，为矿区建设高产高效矿井提供了可靠的支护技术保障。

预应力桁架支护技术在控制顶板离层、大倾角高帮整体移动、小煤柱松散变形及高应力巷道围岩关键部位加固等复杂条件下的应用具有很强的灵活性和针对性，应用范围非常广泛。

6 结语：

1）预应力桁架支护技术在控制顶板离层、大倾角高帮整体移动、小煤柱松散变形及高应力软岩巷道围岩关键部位加固等复杂条件下的应用具有很强的灵活性和针对性。

2) 根据现场工业实验结果表明，该治理措施有效地制止了冲击矿压事故的发生，必免了灾害性事故的蔓延，安全生产做以保障，同时有着明显的经济效益。

参考文献：

[1]付跃升。简易锚杆桁架在煤巷支护中的应用。建井技术，1999，20.

[2]张农，高明仕，许兴亮。煤巷预拉力支护体系及工程应用。矿山压力与顶板管理，2002。