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煤礦沖擊地壓的機理及未來的研究和治理技術(shù)

  
評論: 更新日期:2015年02月14日

所謂煤礦沖擊地壓是指在高地應(yīng)力作用下,井巷或回采工作面周圍的煤巖體出現(xiàn)了破壞的情況,并伴隨著較大的聲響,巖體拋起的現(xiàn)象。這不僅僅會對于采掘空間中支護設(shè)備造成危害,還將可能使得采掘空間出現(xiàn)變形,嚴(yán)重的情況下造成人員傷亡,井巷毀壞和局部地震。
    1.我國國內(nèi)煤礦沖擊地壓災(zāi)害以及理論研究情況
    1. 1國內(nèi)外煤礦沖擊地壓災(zāi)害評述
    我國最早記錄的沖擊地壓發(fā)生在1933年的煤撫順勝利礦。在此后的60年間的時間內(nèi),礦井累計發(fā)生了四千多次的破壞性沖擊地壓,造成巨大人員傷害和財產(chǎn)傷害。
    1. 2沖擊地壓理論研究現(xiàn)狀的評述
    我國對于沖擊地壓的研究工作始于上世紀(jì)60年代,主要是以結(jié)合實踐沖擊地壓生產(chǎn)實踐的方式來進行探索的。首先系統(tǒng)化的對于煤礦沖擊地壓進行研究的是重慶大學(xué)和煤科總院重慶分院,以天池煤礦為研究對象開展的;隨后全國性的煤礦沖抵地壓調(diào)研工作順利開展。與1987 年頒布實施由煤科院北京開采所和阜新礦業(yè)學(xué)院聯(lián)合起草的我國第一部《沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定》。通過廣大科技工作者和研究人員的共同努力,已使我國對沖擊地壓機理和防治措施的研究有了較大的進展,其中煤體注水與深孔松動爆破方法相結(jié)合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線性有限元數(shù)值模擬、煤巖體地應(yīng)力場的測試和有限元計算分析、聲發(fā)射技術(shù)、微震監(jiān)測系統(tǒng)在防治沖擊地壓的研究與應(yīng)用方面已達(dá)到國際先進水平。對煤、巖體沖擊地壓和巖爆機理的研究。
    2.沖擊地壓發(fā)生的機理
    結(jié)合實際煤礦沖抵地壓實踐,其運行的機理可以歸結(jié)為以下幾個方面:其一沖擊地壓的分類及顯現(xiàn)特性,一般情況下沖擊打壓可以歸結(jié)為動型,構(gòu)造應(yīng)力性和動構(gòu)造應(yīng)力并有三種類型,依照不同礦體變形破壞范圍大小可以實現(xiàn)合理的劃分。而沖擊地壓的特點可以表述為煤壁拋射性塌落,頂板下沉或底板撇裂,板炮頻繁,煤體移動,彈性振動,設(shè)備震搬,煤塵飛揚,無明顯預(yù)兆突然爆發(fā),伴有巨大響聲和地震,沖擊風(fēng)波引起構(gòu)筑物損壞,易于出現(xiàn)較大損失和傷亡。其二,發(fā)生沖擊地壓的地質(zhì)及開采條件,不同的沖擊地壓地質(zhì)和開采條件也會表現(xiàn)出不同的沖擊地壓情況,對此我們應(yīng)該高度重視對于沖擊地壓特點的界定。其三,沖擊地壓發(fā)生的地點及影響范圍,在實踐過程中需要界定沖擊地壓的發(fā)生區(qū)域,不同區(qū)域,其機理運行也是不同的,應(yīng)該具體問題具體分析。其四,影響沖擊地壓產(chǎn)生的因素,如果采煤方法,采掘程序,頂板管理控制,煤柱大小尺寸和放炮有所不同,也會對于沖擊地壓產(chǎn)生影響。其五,選擇防治沖擊地壓措施的原則,保證對于不同地點,不同影響范圍,不同誘因展開具體問題具體分析,制定符合實際情況的方案。
    3.沖擊地壓理論研究的未來發(fā)展趨勢
    一直以來,沖擊地壓理論研究都是巖石力學(xué)中的重點和難點,大量的學(xué)者都在此方面做了研究工作。我國學(xué)者是從上世紀(jì)六十年代開始對于沖擊地壓進行研究的,其主要集合沖擊地壓實際生產(chǎn)流程來畸形探析。不可否認(rèn),我國對于沖擊地壓機理和防治措施的研究有了很多的成績,比如煤體注水與深孔松動爆破方法相結(jié)合的綜合防治措施以及沖擊地壓的非線性有限元數(shù)值模擬、煤巖體地應(yīng)力場的測試和有限元計算分析、聲發(fā)射技術(shù)、微震監(jiān)測系統(tǒng)在防治沖擊地壓的研究與應(yīng)用方面取得了重大的突破。從這個角度來探析沖擊地壓理論研究的未來發(fā)展趨勢,我們可以將其歸結(jié)為以下幾方面內(nèi)容;其一,以微裂紋擴展區(qū)的概念實現(xiàn)對于巖石類材料的損傷狀態(tài)的描述;其二,從巖石斷裂和損傷力學(xué)的角度去審視巖石的斷裂和損傷情況;其三,以變量定義的方式去探析宏觀微觀理論的損傷變量方法和損傷模型;其四,以巖石準(zhǔn)靜態(tài)損傷過程理論去假定,實現(xiàn)對于損傷和外界的功成正比探析;其五,從現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論如斷裂力學(xué)、突變、分形、分叉(岔)、混沌等理論出發(fā),實現(xiàn)對于沖擊地壓問題的研究,健全交叉學(xué)科體系;其六,以預(yù)測預(yù)報為突破口的防治觀念研究,以綜合指數(shù)法、鉆屑法、微震法、地音法即聲發(fā)射法、電磁輻射去實現(xiàn)對于巖石動態(tài)監(jiān)測;其七,將計算機技術(shù)和測試技術(shù)納入到煤礦沖擊地壓知識體系中去,以不斷提高預(yù)測效果。
    4.國內(nèi)煤礦沖擊地壓治理技術(shù)
    從沖擊地壓發(fā)生的機理特點出發(fā),治理的實質(zhì)是充分利用各種有效的技術(shù)途徑,不斷改變煤炭巖石的應(yīng)力狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì),從而實現(xiàn)對于惡性事件的遏制。對于我國來講治理煤礦沖擊地壓主要采取以下措施:其一,煤層注水,這是我國采用最早的施工技術(shù),操作簡單,效果比較明顯;其二,開槽卸壓、誘導(dǎo)爆破和鉆孔卸壓等防治措施。其三,現(xiàn)階段國內(nèi)使用比較多的沖擊地壓治理措施有煤巖體注水、鉆孔卸壓、深孔松動爆破、卸載誘導(dǎo)爆破、煤巖體掏槽卸壓、頂板預(yù)斷裂、巷道切槽卸壓、加固軟煤層、加強采掘支護、開采保護層、合理選擇開采方法和安排采掘設(shè)計及工藝進度等。

    顯然我國煤礦沖擊地壓理論體系還不夠健全,在此我們應(yīng)該做好以下兩個方面的工作:其一,不斷總結(jié)自身實踐經(jīng)驗,實現(xiàn)查缺補漏,以健全煤礦沖擊地壓治理體系;其二,積極學(xué)習(xí)國外先進的治理經(jīng)驗和理論,保證不斷創(chuàng)新,以實現(xiàn)自身理論知識的健全。在此基礎(chǔ)上,才能夠不斷促進我國煤礦沖擊打壓理論體系的發(fā)展。
 

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