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深部礦井沖擊地壓如何防治？
麻文斌
●煤礦沖擊地壓的監測、預報和治理已經成為影響我國煤炭工業健康發展的關鍵課題。截至2019年6月，我國正在生產且經鑒定為沖擊地壓礦井的數量為121處
●聲—震—波—力集成監測新技術，沖擊地壓防治缺陷致災與模塊化設計，沖擊地壓危險三場監測準則及監測預警云平臺……圍繞沖擊地壓防治的理論、技術、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巷道掘進和煤柱，大幅度降低沖擊地壓風險
近日，在由中國科學技術協會指導、中國巖石力學與工程學會主辦的第十六次中國巖石力學與工程學術年會上，深部礦井沖擊地壓問題成為與會專家學者關注的焦點之一。
“煤礦沖擊地壓的特點包括危害性（造成人員傷亡、破壞巷道和設備）、突發性（沒有明顯的宏觀前兆，極短時間內發生）、復雜性（事先難以確定發生的時間、地點和強度）。為此，煤礦沖擊地壓的監測、預報和治理已經成為影響我國煤炭工業健康發展的關鍵課題。”中國礦業大學（北京）教授姜耀東說，“沖擊地壓發生機理是沖擊地壓研究中的最主要、最根本的內容之一，是沖擊地壓災害評價、預測以及防治的前提和理論基礎。”
姜耀東所說的煤礦沖擊地壓，就是特定地質賦存條件下的煤巖體系統由于采礦活動在變形破壞過程中能量的穩定態積聚、非穩定態釋放的非線性動力學過程。
據統計，截至2019年6月，我國正在生產且經鑒定為沖擊地壓礦井的數量為121處。龍家堡礦“6·9”沖擊地壓事故發生后，國家煤礦安監局組織成立了以中國科學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容的現場調研。
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場調研，初步形成調研報告，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，也提出了一些關鍵科學問題，即地質賦存環境對煤礦深部動力災害的作用機制及量化分析方法，深部斷續煤巖體的變形破壞規律和工程動力響應特征，采動應力分布、能量場的時空演化規律與多因素耦合致災機理，深部煤礦動力災害的多參量監測預警與防治的理論與方法。
理論、技術、試驗研究同步推進
“深部開采是我國煤炭發展的必然趨勢。隨著采深增加，在西部特厚煤層開采中，煤巖動力學沖擊、空采區大面積塌陷性地震、潰水、煤與瓦斯突出等動力學災害加劇，急需通過科技創新解決這一難題。”西安科技大學教授來興平說。
為此，來興平帶領的科研團隊開發了一種聲—震—波—力集成監測新技術，顯著提高了西部礦山動力災害預報的可靠性和實用性。
該技術以應力與能量演化為主線，揭示了動力災害誘發與采礦過程關系的研究方法，為動力災害預測和防治開辟了一條有效途徑，并建立了以地應力實測為基礎的采礦設計優化技術與方法體系。
同時，他們還與榆林市共同開發了榆林地區煤礦動力災害防治技術，一些成果已經在陜西府谷、彬長，新疆烏東和寧夏寧東等礦區推廣應用，成效明顯。
山東是防治沖擊地壓的重點區域。山東能源集團沖擊地壓災害防治研究中心主任張治高帶領團隊做了一系列沖擊地壓防治缺陷致災與模塊化設計，包括礦震型沖擊災害模塊、結構型沖擊災害模塊、動應力耦合型沖擊災害模塊、煤柱型沖擊災害模塊、卸載型沖擊災害模塊等，為煤礦沖擊地壓提供了有力支撐。
中國礦業大學教授竇林名帶領團隊建立了沖擊地壓危險三場監測準則及監測預警云平臺。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力場、震動場、能量場監測預警三場準則；基于試驗結果，研究揭示了不同類型沖擊地壓前兆識別規律，確定了以監測應力場、震動場、能量場為主體，以監測煤柱型、頂板型、斷層型、褶皺型四類沖擊地壓為對象的監測預警指標；建立了沖擊地壓多參量分類綜合監測預警指標體系，形成了沖擊地壓風險智能判別與多參量監測預警理論及技術。
110工法、N00工法或將成趨勢
“近年來，千米深井沖擊地壓事故頻繁發生。長壁開采、條帶開采、房柱開采等開采方法不僅浪費資源，還容易導致應力集中，易發生沖擊危險，而充填開采方法能夠減少應力集中，降低沖擊危險。”中國科學院院士、中國巖石力學與工程學會理事長何滿潮說，“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巷道掘進和煤柱，這將會大幅度降低沖擊地壓風險。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。”
何滿潮的調研顯示，目前，全國21個礦區的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。在此基礎上，我們團隊還陸續推廣了2G—N00工法、3G—N00工法，并開始設想研發4G—N00工法，這一工法具備智能化控制平臺，可實現井下采煤無掘巷、無煤柱、智能化。”何滿潮說。
對于110工法的應用效果，四川省煤炭產業集團芙蓉公司教授級高級工程師俞學平說：“四川省煤礦地質構造復雜。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和支護技術，采取了治理高瓦斯和煤層發火威脅的技術措施，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驗和理論支持。”
延安市車村煤業集團副總經理、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。
截至目前，車村煤業集團7個工作面累計留巷1.1萬米，回收煤柱20.7萬噸，累計新增產值1.863億元。同時，車村煤業集團少掘巷道1.1萬米，減少排矸18萬噸，節約成本2750萬元。
“縱觀近年來發生的沖擊地壓事故的原因，除技術條件和設備水平參差不齊外，主要是生產組織不當、現場管理不到位、防沖措施不落實、設計缺陷導致的，真正不清楚原因的沖擊地壓事故極少。”張治高說，“作為企業，應明確主體責任，規避設計缺陷，合理組織生產，運用新技術，明確沖擊地壓是可預可防可控的觀念。”(中國煤炭報)
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