经过几十年的科研研究和几代人的不懈努力,煤矿灾害基本得到了控制,以前瓦斯作为煤矿的头等灾害,现在基本也被治理的差不多,水害、火灾等其他灾害也都受到了很好的控制,使得全国煤矿安全生产状况取得根本性好转,但是,突然出现的冲击地压灾害,再次将煤矿灾害的严重程度呈现在了大家面前!
冲击地压灾害却成了影响煤矿安全生产最为头疼的事。如何防止煤矿冲击地压的发生,遏制灾害性冲击地压事故,已成为摆在煤矿生产企业和安全监管部门面前急需解决的问题!
专家们给开出几个药方,不知道能否根治!
01 我国煤矿冲击地压现状
我国是世界上煤矿冲击地压最为严重的国家,冲击地压矿井数量达到130 余座,年产量达到约4 亿t。,我国冲击地压矿井数量的激增是在2000 年以后煤炭开采强度不断增加、开采深度不断增加、产量不断增加、煤矿安全总体上不断好转的大背景条件下发生的,这一方面充分体现了冲击地压灾害的特殊性,同时也表明过去对冲击地压灾害的重视不够。当然,这也可以理解为我国煤矿深部开采的一种必然结果。
我国对冲击地压的研究起步于20 世纪70 年后期,尽管相继提出了“三准则”机理、变形系统失稳理论、“三因素”机理、强度弱化减冲机理、应力控制理论、冲击启动理论和冲击响应失稳理论等冲击地压理论,也开展了微震、地音、采动应力及钻屑法等冲击地压监测和保护层开采、煤层卸载爆破、煤层大直径卸压钻孔、煤层预注水、顶板深孔爆破及水压致裂等防冲技术,但总体上对冲击地压的认识不够,人力物力投入不足,重视程度不够,使得冲击地压灾害时有发生。
02 冲击地压防治的几个关键问题
2.1 认识片面问题
冲击地压作为煤矿开采过程中发生的一种特殊动力灾害,因其发生突然、没有先兆、影响因素众多、破坏严重等而成为采矿与岩石力学疑难问题。也正因为如此,在冲击地压防治过程中,仍存在一定的认识问题,从而影响了对冲击地压的防治及相关问题的解决。从全国范围看,存在2 种认识误区,即一种观点认为冲击地压是理论问题,而其理论无外乎是滑移和失稳破坏,与地震发生理论没有本质的区别,从而认为冲击地压不可预测、不可控制、不可治理;另一种观点认为,冲击地压就是强烈矿压的具体体现,控制了常规的矿压,就控制了冲击地压的发生,因而认为冲击地压没有那么可怕,是完全可以预知、可控可防的。事实上,这2 种观点都是片面的,均没有弄清冲击地压的本质。
对于煤矿冲击地压而言,正确认识冲击地压,尤其是冲击地压的发生机理、类型和主控因素尤为重要,因为这些是冲击地压监测、预警、防治与防护的基础。与地震、矿震及岩爆不同,煤矿冲击地压是特定煤岩结构材料在原岩应力和采动应力共同作用下导致的以煤体突然破坏为典型特征的动力现象、事件或事故。
通过系统分析冲击地压发生机理认为,无论是传统的强度理论、刚度理论、能量理论和变形系统失稳理论,还是其它冲击地压理论,均是对冲击地压发生必要条件的一种描述,截止目前还没有一个冲击地压理论构成发生的充分必要条件,在冲击地压监测预警和防治过程中的指导性较弱。同时,进一步分析影响煤矿冲击地压发生的众多因素认为,包含煤岩冲击倾向性、外部应力环境以及煤岩层结构在内的“三因素”理论,能够为冲击地压防治工作提供更为直观、更具可操作性的指导。其中,由于应力对于冲击地压发生与否起到决定性的作用,因此,对于应力环境的有效控制,是衡量各种冲击地压防治措施有效性的共同标准,也是冲击地压防治工程实践中对煤层、坚硬顶板和底板开展相应处理的最终目的。
对于冲击地压,其内涵的明确将是十分重要的本质性问题。通常将冲击地压定义为一种动力现象,而实际工程中却往往单纯地认定冲击地压与事故等价,这显然缺乏科学性。
从工程实践角度看,冲击地压不仅仅包括冲击地压现象、冲击地压事故,还应包括冲击地压事件。对于冲击地压现象,显然是指煤岩体突然破坏所导致的弹射、声响、气浪、震动等系列行为,通常不造成人员伤亡、巷道不发生较大破坏、设备设施无损坏、财产无损失等;而冲击地压事故更为显而易见,主要以造成人员伤亡、巷道破坏、设备设施损坏、财产损失等为主要特征;对于冲击地压事件则有必要单独说明,其主要指介于冲击地压现象和冲击地压事故之间的一种冲击地压表征形式,通常破坏范围大于冲击地压现象而小于冲击地压事故,但破坏范围不大、设备设施不损坏、财产损伤较小。而在冲击地压矿井中,即便只发生了冲击地压现象,也应当引起高度重视,避免进一步发展成冲击地压事件甚至是冲击地压事故。
在冲击地压防治中,对于具体矿井条件而言,应在基本弄清冲击地压发生机理的基础上,确定本矿井的冲击地压类型和冲击地压矿井类型。这是因为,冲击地压类型以及冲击地压矿井类型的不同,其对应的防治方法也将不同,防治的难度也存在差异。针对我国煤矿冲击地压特点和冲击地压矿井条件,将冲击地压类型划分为煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型和断层滑移错动型等4 种类型。
将冲击地压矿井类型划分为浅部冲击地压矿井、深部冲击地压矿井、坚硬顶板冲击地压矿井、构造冲击地压矿井和煤柱冲击地压矿井等5 种类型。
对于煤矿冲击地压而言,形成科学的认识至关重要,只要正确看待冲击地压问题,弄清冲击地压机理、类型和冲击地压矿井类型,实现思想认知对头、监测防治对路、安全防护到位、现场管理对症,具体矿井的冲击地压问题基本上都可以得到解决,能够实现冲击地压的可测、可防、可治,达到少伤人、不伤人的目的!
2.2 理论知识和安全意识不强
很多矿井的领导和技术人员认为,购买了先进的监测装备、落实了要求的监测流程就是重视冲击地压了,冲击地压的相关问题就解决得差不多了。而事实是,即便以上述方式“重视”了冲击地压,也只是停留在形式上,在深度上却并未达到真正监测、预警的目的,更无法为冲击地压防治提供针对性指导。
■监测、防治没有实现有效配合。大部分冲击地压矿井现有的监测手段可以计算出整个工作面/监测区的危险系数,从而概括地表征其冲击危险性,但由于不能将危险系数进一步细化至具体区域,进而无法划定更为准确的治理范围,监测与防治即出现了“脱节”的问题。
■灾害防治管理信息化水平低。冲击地压矿井在开展煤层爆破与大直径钻孔卸压、顶板爆与水力压裂等防治工作时,其管理方式大多仍停留在纸质台账阶段,即防治工作未能实现有效信息化、数据化,由此导致在防治工作和监测信息联合分析过程中,缺乏关键的数据支撑,监测手段也难以自动检验卸压解危效果,二者无法实现有效互馈、相互支撑。
■数据未得到充分挖掘和利用。由于缺乏统一的规范和标准,导致不同系统产生的数据类型、数据结构日益多元化、复杂化,开始呈现出显著的“大数据”特征。煤矿相对落后的多元信息挖掘分析能力与煤矿数据所呈现出的新特点形成了鲜明的反差,存在相当程度的数据资源浪费。煤矿企业冲击地压灾害监测预警缺少针对性模型的问题凸显。
2.3 针对性措施落实不到位
理论研究与现场实际脱节。我国经过40 多年的努力,逐步建立了以“三准则”理论、变形系统失稳理论、“三因素”理论、“弱化减冲”理论、应力控制理论、冲击启动理论和冲击地压扰动响应失稳理论等为主导的冲击地压理论体系。以上成果显著提升了行业对于冲击地压的科学认知,但在指导冲击地压防治具体工作时却均存在不同程度的制约,仍无法针对具体矿井特征给出差异化的支撑,从而使得治理效果大打折扣。
卸压任务流于形式。部分矿井管理人员对冲击地压治理重视程度欠缺,缺乏必要的危机意识,所采购的监测设备无法形成有效预 ,所采取的防治措施也多为了应付检查,从切眼到两巷、从两巷到回撤、从1 个面到下1 个面,基本1 个方案照抄照搬,形成了“搬运工式”卸压模式,赶工程、催进度则成为当下卸压主题,与“一面一策”的防冲原则背道而驰,一旦区域地质环境差异较大,防冲效果将会大打折扣。
2.4 巷道支护问题
对于传统锚杆支护。由于动载荷对巷道围岩的作用,一方面将导致锚杆与围岩锚固力急剧降低造成脱锚,锚杆支护系统失效;另一方面锚杆所受冲击载荷超过其强度极限,将出现杆体破断、螺纹脱扣托盘脱落等现象,导致锚杆支护系统失效。
对于普通U 型钢支护。基于静力学的设计理念将使其在冲击地压瞬时载荷作用下,极易发生折断、弯折、屈曲或卡揽失效等现象,导致支护阻力降低,达不到预期的支护阻力和保护作用。
对于常规液压支架。一般能够抵抗小能量冲击,但对于瞬间释放巨大能量的冲击地压事件,常规液压支架往往不能做到及时、快速让压,进而导致支架倾倒或在结构薄弱部分发生弯曲折断、爆缸、支架顶梁折断。
以上只是提出的问题,下期将继续说清楚,如何破局,敬请期待!
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