三、礦(地)壓災害及防止技術

　　(一)礦(地)壓災害的概念及成因

　　1.礦(地)壓的概念

　　在礦體沒有開采之前，巖體處于平衡狀態。當礦體開采后，形成了地下空間，破壞了巖體的原始應力，引起巖體應力重新分布，并一直延續到巖體內形成新的平衡為止。在應力重新分布過程中，使圍巖產生變形、移動、破壞，從而對工作面、巷道及圍巖產生壓力。 通常把由開采過程而引起的巖移運動對支架圍巖所產生的作用力，稱為礦山壓力。

　　在礦山壓力作用下所引起的一系列力學現象，如頂板下沉和垮落、底板鼓起、片幫、支架變形和損壞、充填物下沉壓縮、煤巖層和地表移動、露天礦邊坡滑移、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等現象，均稱之為礦山壓力顯現。因此，礦山壓力顯現是礦山壓力作用的結果和外部表現。

　　礦(地)壓災害的常見類型主要有采掘工作面或巷道的冒頂片幫、采場(采空區)頂板大范圍垮落和沖擊地壓(巖爆)。

　　2.礦(地)壓災害的成因

　　(1)在采礦生產活動中，采掘工作面或巷道的冒頂片幫、采場(采空區)頂板大范圍垮落是最常見的事故，主要原因有：

　　1)采礦方法不合理和頂板管理不善。采礦方法不合理，采掘順序、鑿巖爆破、支架放頂等作業不妥當，是導致這類事故發生的重要原因。

　　2)缺乏有效支護。支護方式不當、不及時支護或缺少支架、支架的初撐力與頂板壓力不相適應是造成此類事故的另一重要原因。

　　3)檢查不周和疏忽大意。在頂板事故中，很多事故都是由于事先缺乏認真、全面的檢查，疏忽大意.沒有認真執行“敲幫問頂”制度等原因造成的。

　　4)地質條件不好。斷層、褶曲等地質構造形成破碎帶,或者由于節理、層理發育，破壞了頂板的穩定性，容易發生頂板事故。

　　5)地壓活動。地壓活動也是頂板事故的一個重要原因。

　　6)其他原因。不遵守操作規程、發現問題不及時處理、工作面作業循環不正規、爆破崩倒支架等都容易引起頂板事故。

　　(二)礦(地)壓災害的防止技術

　　1.井巷支護及維護。

　　井巷掘進出空間后，都要進行臨時支護或永久支護，以防止圍巖的破壞。井巷支護的方式主要有以下幾種：

　　(1)錨桿支護與錨噴支護

　　1)錨桿支護。錨桿支護是單獨采用錨桿的支護。掘進后即向巷道圍巖鉆孔，然后向孔中安裝錨桿，必要時也可安裝錨索，如在大斷面巷道或硐室支護時。目的是使錨桿和錨索與圍巖共同作用進行巷道支護。錨桿支護的作用機理有多種：懸吊作用、組合梁作用及擠壓連接、加固拱作用和松動圈支護理論等。

　　2)錨噴支護。錨噴支護又稱噴錨支護，聯合使用錨桿和噴射混凝土或噴漿的支護。從廣義上講可以將除錨桿支護以外的其他與錨桿聯合的支護型式都納入此范圍。如噴漿支護、噴混凝土支護、錨網支護、錨噴網支護、錨梁網(噴)支護以及錨索支護等。

　　(2)混凝土及鋼筋混凝土支護

　　混凝土支護是用預制混凝土塊或澆筑混凝土砌筑的支架所進行的支護。鋼筋混凝土支護是用預制的鋼筋混凝土構件或澆筑的鋼筋混凝土砌筑的支架所進行的支護。這兩種支護是立井井筒及運輸大巷及井底車場所采用的主要支護方式。

　　(3)棚狀支架

　　棚狀支架根據材質不同可以分為木支架和金屬支架。

　　2.采場地壓事故防治技術

　　(1)煤礦采場礦山壓力控制方法

　　直接頂是指直接位于煤層之上的易垮落巖層。煤礦直接頂穩定性分類主要以直接頂初次垮落步距為主要指標，將直接頂分為不穩定、中等穩定、穩定和非常穩定4類。老頂是位于直接頂之上較硬或較厚的巖層老頂壓力顯現分為4級，即老頂來壓不明顯、來壓明顯、來壓強烈和來壓極強烈。回采工作面支架主要有單體摩擦式金屬支柱、單體液壓支柱和液壓自移支架等幾種，少數礦井也還使用木支柱。

　　(2)金屬非金屬礦山采場地壓控制方法

　　1)空場采礦法地壓控制

　　空場采礦法藉礦柱控制采場頂板和圍巖的暴露面積。根據礦巖的強度，采取合適的礦房和礦柱尺寸，以維護采場的穩定。有時為了提高礦巖的承載能力，除留礦柱外，還可采取木支柱、錨桿支護等輔助性措施，以保證回采工作的安全。

　　2)充填采礦法地壓控制

　　充填采礦法在回采礦石的同時，用充填材料充填回采空間，實現采場地壓控制。充填體限制圍巖的位移和變形，減緩圍巖移動的危害和降低地表下沉的程度;充填體使礦柱由單向或雙向受力狀態變為三向受力狀態，從而提高了礦柱的強度;回采空間充填后，能降低蓄積在圍巖中的彈性應變能，從而提高了地下結構抵抗動荷的能力。

　　(3)崩落采礦法地壓控制

　　隨著回采工作面向前推進，頂板巖層中壓力波亦向前移動。在回采工作面前后方頂板巖層中形成應力降低區、應力升高區和原始應力區。頂板巖層強度越大，開采深度越深，其應力峰值越高。采用單層崩落法采礦時，為使工作面附近有一個安全地段.應根據頂板巖石的力學性質，合理確定最大懸頂距。為保證回采工作安全，使作用在工作面上方的壓力值較小，必須隨回采工作面的進行，工作面向前推進一定距離，在控頂距處架設密集切頂立柱，進行放頂。采用無底柱分段崩落法采礦時，為維持回采進路良好的穩定性，必須掌握回采進路周圍巖體中的應力分布，回采順序對進路的影響，以便采取相應的維護措施。采用有底柱崩落采礦法的地壓控制問題，主要是維護出礦巷道的穩定性。

　　3.搞好地質調查工作。

　　對于采掘工作面經過區域的地質構造必須調查清楚，通過地質構造帶時要采取可靠的安全技術措施。

　　4.堅持正規循環作業，嚴格頂板監測制度。

　　5.沖擊地壓(巖爆)預防技術

　　(1)沖擊地壓(巖爆)現象及特點

　　沖擊地壓(巖爆)是井巷或工作面周嗣巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而產生的一種以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現象。根據原巖(煤)體應力狀態不同，沖擊地壓(巖爆)可分為3類：重力型沖擊地壓、構造應力型沖擊地壓、中間型或重力—構造型沖擊地壓。

　　沖擊地壓(巖爆)的特點：

　　1)一般沒有明顯的預兆，難于事先確定發生的時間、地點和沖擊強度;

　　2)發生過程短暫，伴隨巨大聲響和強烈震動;

　　3)破壞性很大，有時出現人員傷亡。

　　(2)沖擊地壓(巖爆)的預測方法

　　目前，沖擊地壓(巖爆)的預測方法主要有以下幾種：

　　1)鉆屑法。鉆屑法是通過在煤體中打小直徑(42—50 rnm)鉆孔，根據排出的煤粉量

　　及其變化規律以及鉆孔過程中的動力現象鑒別沖擊危險的一種方法，目前在我國應用較普遍。鉆屑法是我國《煤礦安全規程》規定采用的沖擊危險程度監測和解危措施效果檢驗的主要方法。

　　2)聲發射和微震監測方法。聲發射監測的過程主要是對沖擊地壓前兆信息的統計，沖擊危險的判別依據是能率、事件頻度及其變化規律，單個聲發射事件的幅度、延續時間、頻率等參數作為判別沖擊危險的參考指標。

　　3)綜合指數法。綜合指數法是在進行采掘工作前，首先分析影響沖擊地壓發生的主要地質和開采技術因素，在此基礎上確定各個因素對沖擊地壓的影響程度及其沖擊危險指數。然后綜合評定沖擊地壓危險狀態的一種區域預測方法。

　　(3)沖擊地壓(巖爆)的防治措施

　　根據發生沖擊地壓的成因和機理，防治措施分為兩大類：一類是防范措施;另一類是解危措施。

　　1)防范措施。防范措施主要包括：預留開采保護層;盡量少留煤柱和避免孤島開采;盡量將主要巷道和硐室布置在底板巖層中;回采巷道采用大斷面掘進;盡可能避免巷道多處交叉;加強頂板控制;確定合理的開采程序;煤層預注水，以降低煤體的彈性和強度等。

　　2)解危措施。沖擊地壓(巖爆)解危措施包括卸載鉆孔、卸載爆破、誘發爆破和煤層高壓注水等。

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