煤礦開采沖擊礦壓災(zāi)害防治

　　沖擊礦壓是礦山開采中發(fā)生的煤巖動力現(xiàn)象之一。這種動力災(zāi)害通常是在煤巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，聚積在煤巖體中的彈性能量以突然、急劇、猛烈的形式釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，造成煤巖體振動和破壞，動力將煤巖拋向井巷，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈聲響，造成支架與設(shè)備、井巷的破壞，人員的傷亡等。沖擊礦壓還可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，強(qiáng)烈的沖擊礦壓還會造成地面建筑物的破壞和倒塌等。沖擊礦壓以其發(fā)生原因復(fù)雜，影響因素多，發(fā)生突然，破壞性極大而成為礦山巖石力學(xué)、礦山壓力研究中的重大問題。沖擊礦壓始于1738年的英國煤礦。從那時(shí)起到現(xiàn)在的200多年歷史中，包括我國在內(nèi)的世界各采礦國家，如德國、南非、蘇聯(lián)、波蘭、捷克、加拿大、日本和美國等20多個國家和地區(qū)均受到?jīng)_擊礦壓的威脅。許多國家和地區(qū)對沖擊礦壓問題給予了極大的關(guān)注和投入。對于沖擊礦壓問題的研究，主要集中在三個研究方向上。一是沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理的研究；二是沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析、監(jiān)測與預(yù)測技術(shù)的研究；三是沖擊礦壓治理措施的研究。沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理十分復(fù)雜。各國學(xué)者在對沖擊礦壓現(xiàn)場調(diào)查及實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度相繼提出了一系列的重要理論，如強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準(zhǔn)則和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。20世紀(jì)50年代提出的強(qiáng)度理論認(rèn)為，產(chǎn)生沖擊礦壓時(shí)支架—圍巖力學(xué)系統(tǒng)將達(dá)到力學(xué)極限狀態(tài)；剛度理論認(rèn)為，礦山結(jié)構(gòu)的剛度大于圍巖—支架剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件；能量理論則認(rèn)為礦山開采中如果支架—圍巖力學(xué)系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí)的能量大于所消耗的能量時(shí)即發(fā)生沖擊礦壓；沖擊傾向理論認(rèn)為煤巖層沖擊傾向性是煤巖介質(zhì)的固有屬性，是產(chǎn)生沖擊礦壓的內(nèi)在因素；變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論則認(rèn)為，煤巖體內(nèi)部高應(yīng)力區(qū)局部形成應(yīng)變軟化，與尚未形成應(yīng)變軟化的介質(zhì)處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在外界擾動下動力失穩(wěn)，形成沖擊礦壓等。要防治沖擊礦壓的發(fā)生，首先要對可能發(fā)生的沖擊礦壓危險(xiǎn)進(jìn)行評定，確定發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)等級并進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。目前對于沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析、預(yù)測主要采用采礦方法，包括根據(jù)采礦地質(zhì)條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)的綜合指數(shù)法、數(shù)值模擬分析法、鉆屑法和煤巖層沖擊礦壓傾向性分類法等；采礦地球物理方法，包括微震法、聲發(fā)射法、電磁輻射法、振動法和重力法等。通過采用上述沖擊礦壓危險(xiǎn)性評價(jià)及預(yù)測預(yù)報(bào)方法，可以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測沖擊礦壓可能發(fā)生的地點(diǎn)和位置，較準(zhǔn)確地確定沖擊礦壓發(fā)生的強(qiáng)度和震動釋放能量的大小。而對于沖擊礦壓的治理措施，主要從戰(zhàn)略性的防御和主動解危兩個方面進(jìn)行。戰(zhàn)略性的防御措施主要有開采解放層，在進(jìn)行開采設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的開采順序、開采方法和采煤工藝，力爭消除形成沖擊礦壓發(fā)生的因素。沖擊礦壓的主動解危措施主要有卸壓爆破、煤層注水、鉆孔卸壓和定向裂縫法等方法。這些方法的應(yīng)用，減弱或消除了沖擊礦壓的危險(xiǎn)，取得了很好的治理效果。《煤礦開采沖擊礦壓災(zāi)害防治》是在《沖擊礦壓防治理論與技術(shù)》（竇林名，何學(xué)秋著，中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版）的基礎(chǔ)上，廣泛參閱前人研究成果，根據(jù)作者及其課題組（其中包括陸菜平博士、牟宗龍博士、謝耀社副教授、方新秋副教授、高明仕博士、秦玉紅碩士、姚精明碩士、張小濤碩士、李志華碩士、曹安業(yè)博士、張軍碩士、陳國祥碩士等）幾年來在沖擊礦壓理論研究成果與工程實(shí)踐而完成的。全書組織了大量的素材，自成體系，并附有大量的圖表來說明問題，易于理解和學(xué)習(xí)。衷心感謝岑傳鴻教授、何學(xué)秋教授對作者的關(guān)心和培養(yǎng)；感謝錢鳴高院士、周世寧院士、段克信教授的幫助和支持；感謝王恩元教授、劉貞堂副教授、陳學(xué)華副教授、谷德鐘老師等的幫助和支持，感謝徐州礦業(yè)集團(tuán)三河尖煤礦、權(quán)臺煤礦，大屯孔莊煤礦，新汶華豐煤礦，兗州礦業(yè)集團(tuán)東灘煤礦，濟(jì)寧二號煤礦、濟(jì)寧三號煤礦，義馬千秋煤礦，平頂山技術(shù)中心、十一礦，古城煤礦，棗莊陶莊煤礦，中國礦業(yè)大學(xué)巖控中心等單位的大力支持。本書中有許多關(guān)于沖擊礦壓理論與實(shí)踐方面的新思想和新觀念，其中某些有待于進(jìn)行更深入細(xì)致的研究。由于作者水平有限，書中疏漏謬誤之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

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