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深部礦井沖擊地壓如何防治？
麻文斌
●煤礦沖擊地壓的監(jiān)測、預(yù)報和治理已經(jīng)成為影響我國煤炭工業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵課題。截至2019年6月，我國正在生產(chǎn)且經(jīng)鑒定為沖擊地壓礦井的數(shù)量為121處
●聲—震—波—力集成監(jiān)測新技術(shù)，沖擊地壓防治缺陷致災(zāi)與模塊化設(shè)計，沖擊地壓危險三場監(jiān)測準則及監(jiān)測預(yù)警云平臺……圍繞沖擊地壓防治的理論、技術(shù)、試驗研究正在同步推進
●采用切頂卸壓和碎脹充填的110工法，煤礦可以取消最危險的沿空側(cè)巷道掘進和煤柱，大幅度降低沖擊地壓風(fēng)險
近日，在由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會指導(dǎo)、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會主辦的第十六次中國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)年會上，深部礦井沖擊地壓問題成為與會專家學(xué)者關(guān)注的焦點之一。
“煤礦沖擊地壓的特點包括危害性（造成人員傷亡、破壞巷道和設(shè)備）、突發(fā)性（沒有明顯的宏觀前兆，極短時間內(nèi)發(fā)生）、復(fù)雜性（事先難以確定發(fā)生的時間、地點和強度）。為此，煤礦沖擊地壓的監(jiān)測、預(yù)報和治理已經(jīng)成為影響我國煤炭工業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵課題。”中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授姜耀東說，“沖擊地壓發(fā)生機理是沖擊地壓研究中的最主要、最根本的內(nèi)容之一，是沖擊地壓災(zāi)害評價、預(yù)測以及防治的前提和理論基礎(chǔ)。”
姜耀東所說的煤礦沖擊地壓，就是特定地質(zhì)賦存條件下的煤巖體系統(tǒng)由于采礦活動在變形破壞過程中能量的穩(wěn)定態(tài)積聚、非穩(wěn)定態(tài)釋放的非線性動力學(xué)過程。
據(jù)統(tǒng)計，截至2019年6月，我國正在生產(chǎn)且經(jīng)鑒定為沖擊地壓礦井的數(shù)量為121處。龍家堡礦“6·9”沖擊地壓事故發(fā)生后，國家煤礦安監(jiān)局組織成立了以中國科學(xué)院院士何滿潮為組長的專家組，開展了以千米深井沖擊地壓為主要內(nèi)容的現(xiàn)場調(diào)研。
專家組到山東、吉林、江蘇、河南、甘肅等地的30余處典型沖擊地壓礦井進行現(xiàn)場調(diào)研，初步形成調(diào)研報告，提出了防治沖擊地壓的建議。
姜耀東介紹，為解決煤礦沖擊地壓難題，我國開展了多項科研項目，也提出了一些關(guān)鍵科學(xué)問題，即地質(zhì)賦存環(huán)境對煤礦深部動力災(zāi)害的作用機制及量化分析方法，深部斷續(xù)煤巖體的變形破壞規(guī)律和工程動力響應(yīng)特征，采動應(yīng)力分布、能量場的時空演化規(guī)律與多因素耦合致災(zāi)機理，深部煤礦動力災(zāi)害的多參量監(jiān)測預(yù)警與防治的理論與方法。
理論、技術(shù)、試驗研究同步推進
“深部開采是我國煤炭發(fā)展的必然趨勢。隨著采深增加，在西部特厚煤層開采中，煤巖動力學(xué)沖擊、空采區(qū)大面積塌陷性地震、潰水、煤與瓦斯突出等動力學(xué)災(zāi)害加劇，急需通過科技創(chuàng)新解決這一難題?！蔽靼部萍即髮W(xué)教授來興平說。
為此，來興平帶領(lǐng)的科研團隊開發(fā)了一種聲—震—波—力集成監(jiān)測新技術(shù)，顯著提高了西部礦山動力災(zāi)害預(yù)報的可靠性和實用性。
該技術(shù)以應(yīng)力與能量演化為主線，揭示了動力災(zāi)害誘發(fā)與采礦過程關(guān)系的研究方法，為動力災(zāi)害預(yù)測和防治開辟了一條有效途徑，并建立了以地應(yīng)力實測為基礎(chǔ)的采礦設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與方法體系。
同時，他們還與榆林市共同開發(fā)了榆林地區(qū)煤礦動力災(zāi)害防治技術(shù)，一些成果已經(jīng)在陜西府谷、彬長，新疆烏東和寧夏寧東等礦區(qū)推廣應(yīng)用，成效明顯。
山東是防治沖擊地壓的重點區(qū)域。山東能源集團沖擊地壓災(zāi)害防治研究中心主任張治高帶領(lǐng)團隊做了一系列沖擊地壓防治缺陷致災(zāi)與模塊化設(shè)計，包括礦震型沖擊災(zāi)害模塊、結(jié)構(gòu)型沖擊災(zāi)害模塊、動應(yīng)力耦合型沖擊災(zāi)害模塊、煤柱型沖擊災(zāi)害模塊、卸載型沖擊災(zāi)害模塊等，為煤礦沖擊地壓提供了有力支撐。
中國礦業(yè)大學(xué)教授竇林名帶領(lǐng)團隊建立了沖擊地壓危險三場監(jiān)測準則及監(jiān)測預(yù)警云平臺。他們基于煤巖體動靜載疊加誘沖原理，建立了沖擊危險的應(yīng)力場、震動場、能量場監(jiān)測預(yù)警三場準則；基于試驗結(jié)果，研究揭示了不同類型沖擊地壓前兆識別規(guī)律，確定了以監(jiān)測應(yīng)力場、震動場、能量場為主體，以監(jiān)測煤柱型、頂板型、斷層型、褶皺型四類沖擊地壓為對象的監(jiān)測預(yù)警指標；建立了沖擊地壓多參量分類綜合監(jiān)測預(yù)警指標體系，形成了沖擊地壓風(fēng)險智能判別與多參量監(jiān)測預(yù)警理論及技術(shù)。
110工法、N00工法或?qū)⒊哨厔?BR>
“近年來，千米深井沖擊地壓事故頻繁發(fā)生。長壁開采、條帶開采、房柱開采等開采方法不僅浪費資源，還容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，易發(fā)生沖擊危險，而充填開采方法能夠減少應(yīng)力集中，降低沖擊危險?！敝袊茖W(xué)院院士、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會理事長何滿潮說，“采用切頂卸壓和碎脹充填的110工法，煤礦可以取消最危險的沿空側(cè)巷道掘進和煤柱，這將會大幅度降低沖擊地壓風(fēng)險。因此，根治千米深井沖擊地壓的出路是采用N00工法進行智能化開采?！?BR>
何滿潮的調(diào)研顯示，目前，全國21個礦區(qū)的500多個采煤工作面引入了此工法，累計成巷60多萬米，回收煤柱資源4000多萬噸，且沒有再發(fā)生沖擊地壓危險。
“未來，無煤柱自成巷充填開采N00工法將成為煤礦主要開采方法之一。在此基礎(chǔ)上，我們團隊還陸續(xù)推廣了2G—N00工法、3G—N00工法，并開始設(shè)想研發(fā)4G—N00工法，這一工法具備智能化控制平臺，可實現(xiàn)井下采煤無掘巷、無煤柱、智能化。”何滿潮說。
對于110工法的應(yīng)用效果，四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團芙蓉公司教授級高級工程師俞學(xué)平說：“四川省煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。我們曾選擇砌筑墻、碼沙袋等方法進行沿空留巷，但由于礦壓大，地鼓嚴重、墻體損壞嚴重，均以失敗告終。2009年，我們在芙蓉公司白皎煤礦成功試驗了110工法，此后又摸索實踐在不同工程條件下實施110工法，研發(fā)了適合堅硬頂板、松軟頂板、近距離、大傾角煤層工作面的切頂成巷技術(shù)和支護技術(shù)，采取了治理高瓦斯和煤層發(fā)火威脅的技術(shù)措施，為類似工程條件的切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采提供了實踐經(jīng)驗和理論支持?！?BR>
延安市車村煤業(yè)集團副總經(jīng)理、高級工程師甄葳棋告訴記者，該集團下屬的禾草溝二號煤礦運用了薄煤層無煤柱自成巷110工法開采技術(shù)。
截至目前，車村煤業(yè)集團7個工作面累計留巷1.1萬米，回收煤柱20.7萬噸，累計新增產(chǎn)值1.863億元。同時，車村煤業(yè)集團少掘巷道1.1萬米，減少排矸18萬噸，節(jié)約成本2750萬元。
“縱觀近年來發(fā)生的沖擊地壓事故的原因，除技術(shù)條件和設(shè)備水平參差不齊外，主要是生產(chǎn)組織不當、現(xiàn)場管理不到位、防沖措施不落實、設(shè)計缺陷導(dǎo)致的，真正不清楚原因的沖擊地壓事故極少。”張治高說，“作為企業(yè)，應(yīng)明確主體責(zé)任，規(guī)避設(shè)計缺陷，合理組織生產(chǎn)，運用新技術(shù)，明確沖擊地壓是可預(yù)可防可控的觀念。”(中國煤炭報)
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