特厚煤層開采沖擊地壓機理與防治研究

特厚煤層開采沖擊地壓機理與防治研究特厚煤層開采沖擊地壓機理與防治研究

摘要：隨著露天礦、淺埋煤層的逐步開發(fā)，特別是煤炭資源的逐漸減少，特厚煤層逐漸成為煤炭開采的重要領(lǐng)域。但是由于特厚煤層內(nèi)部的物理、力學(xué)參數(shù)復(fù)雜，出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害問題，其中最為嚴(yán)重的是沖擊地壓。本文通過對煤體工程力學(xué)原理的分析，詳細(xì)研究特厚煤層開采中沖擊地壓的機理，探討了其主要成因、演化規(guī)律及特征，為此提出了有效的防治對策。研究結(jié)果表明，正確評估煤層內(nèi)部的力學(xué)特性，合理設(shè)計采煤工藝以及科學(xué)地加強支護(hù)措施是有效防治沖擊地壓的關(guān)鍵。該研究可以為特厚煤層開采中的沖擊地壓防治提供一定的理論參考和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：特厚煤層；沖擊地壓；機理；防治對策；支護(hù)措施

一、引言

特厚煤層指厚度超過10m的煤層，具有豐富的煤炭資源量和延伸性煤巖基礎(chǔ)，是未來煤炭開采的重要領(lǐng)域。但是，由于特厚煤層內(nèi)部力學(xué)特性復(fù)雜，加上開采技術(shù)等因素，沖擊地壓問題逐漸凸顯。沖擊地壓是指煤層開采過程中由于煤層群體因壓力變化引起內(nèi)部破壞而形成的地壓現(xiàn)象。煤炭工業(yè)中，沖擊地壓一直是一大難題，嚴(yán)重影響煤炭生產(chǎn)效率，甚至對采礦企業(yè)的生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。因此，深入研究特厚煤層開采中的沖擊地壓機理及防治對策，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

二、煤層工程力學(xué)原理分析

特厚煤層的開采具有高壓、高應(yīng)力、高含水量等特點，極易形成沖擊地壓。因此，在對特厚煤層進(jìn)行開采之前，需要對其力學(xué)特性進(jìn)行分析，探討其沖擊地壓產(chǎn)生的主要機理。

2.1煤體力學(xué)性質(zhì)

特厚煤層受到各種外界因素的影響，會發(fā)生體積擴張和變形，因此煤體本身的工程力學(xué)參數(shù)對于煤層開采具有至關(guān)重要的作用。煤的彈性模量比石灰?guī)r、砂巖等巖石類型低，因此，在煤層開采中，煤體的變形和移位水平較高。同時，煤體的抗拉強度和抗壓強度與其他巖石相比較低，但煤在采空區(qū)域內(nèi)的殘余應(yīng)力比較高，具有一定的支撐作用。煤層中含水量較高，煤體的持水性能差，容易發(fā)生流變變化，增大了沖擊地壓的可能性。

2.2煤與巖石的耦合作用

煤與圍巖之間存在著耦合作用，該作用會影響到煤層的力學(xué)參數(shù)及開采過程中的沖擊地壓情況。研究表明，煤與圍巖之間存在相對滑移，圍巖的變形會影響煤體的受力狀態(tài)，從而影響到煤體的破壞形態(tài)。

2.3工作面前推力

工作面的前推是控制沖擊地壓的一種關(guān)鍵手段。在推采過程中，如果推采速度過快，就會導(dǎo)致煤壁破壞，形成較大的沖擊應(yīng)力，并引發(fā)沖擊地壓。因此，推采過程中需要對推進(jìn)速度進(jìn)行合理的控制，尤其是處于多次回采的情況下，要特別關(guān)注煤層的穩(wěn)定性。

三、沖擊地壓機理分析

3.1沖擊地壓產(chǎn)生的主要原因

沖擊地壓的產(chǎn)生是由于煤層內(nèi)部應(yīng)力變化而引起的，其主要原因包括采煤工作面前進(jìn)產(chǎn)生的斷層帶、割縫帶和增層帶以及煤層內(nèi)部水平、垂直應(yīng)力變化。

3.2沖擊地壓的演化過程及特征

沖擊地壓的演化過程分為預(yù)兆期、顯性期和穩(wěn)定期。在預(yù)兆期內(nèi)，沖擊地壓尚未發(fā)生，但是煤層內(nèi)部應(yīng)力已經(jīng)發(fā)生變化。顯性期是指沖擊地壓快速形成并給煤層帶來顯著變形的階段。特厚煤層開采的沖擊地壓以突然發(fā)生、破壞強度大、時間短的特點為主要特征。

四、特厚煤層開采中沖擊地壓的防治對策

針對特厚煤層開采中沖擊地壓的機理和特點，結(jié)合煤炭工業(yè)的實際情況，提出了以下防治對策：

4.1評估煤層內(nèi)部的力學(xué)特性

開展煤層內(nèi)部力學(xué)參數(shù)的測定工作，在采煤工藝設(shè)計的過程中充分考慮煤層錨定支護(hù)能力、基巖變形不均勻性等因素，準(zhǔn)確預(yù)測工作面煤體的變形和移位情況。

4.2合理設(shè)計采煤工藝

采用合理的采煤工藝可以減小煤壁破壞范圍，減少沖擊地壓的產(chǎn)生。

4.3科學(xué)地加強支護(hù)措施

加強錨桿支護(hù)措施可以提高煤體的抗拉強度和抗壓強度，從而降低發(fā)生沖擊地壓的可能。另外，注漿加固、突泥涂布防裂以及局部加強措施等也可以起到一定的防治效果。

五、結(jié)論

特厚煤層開采中沖擊地壓問題是一個長期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要多方面的措施配合進(jìn)行。本文通過對沖擊地壓的機理和特點的研究，提出了一系列的有效防治對策，對于特厚煤層開采中的地質(zhì)災(zāi)害防治具有積極的推動作用。同時，本文的研究成果也為國內(nèi)外煤炭工業(yè)的進(jìn)一步開展提供了一定的理論參考和技術(shù)支撐另外，為了進(jìn)一步提高特厚煤層開采中沖擊地壓的防治效果，還應(yīng)加強現(xiàn)場監(jiān)測和管理。在采煤過程中，要注意定期對工作面的煤體變形、支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、煤壁應(yīng)力等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。

此外，加強對工人的安全教育和培訓(xùn)，提高其安全意識和技能，也是防治沖擊地壓的重要措施之一。只有通過科學(xué)規(guī)范的管理和技術(shù)手段的不斷提高，才能最大限度地保護(hù)煤礦工人的生命安全和財產(chǎn)安全，促進(jìn)煤炭工業(yè)的健康發(fā)展。

綜上所述，特厚煤層開采中沖擊地壓問題具有一定的復(fù)雜性和危險性，需要各方面的配合和努力。通過加強煤層內(nèi)部力學(xué)特性的評估、合理設(shè)計采煤工藝、科學(xué)加強支護(hù)措施、加強現(xiàn)場監(jiān)測和管理以及提高工人的安全意識和技能等措施，可以有效地預(yù)防和控制沖擊地壓的發(fā)生，從而更好地保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全另外，在特厚煤層開采過程中，還應(yīng)重視環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約。煤炭開采是對地球的一種破壞性行為，容易引起環(huán)境問題，如水土流失、水資源污染等。因此，在采煤過程中，要嚴(yán)格遵守環(huán)境法規(guī)，采取措施減少對環(huán)境的影響。例如，在采煤前要對煤層區(qū)域進(jìn)行環(huán)境評估，確定其對環(huán)境的影響；在采煤過程中，要做好煤矸、廢水和廢氣的處理工作，盡量減少對環(huán)境造成的污染；在采煤結(jié)束后，要及時復(fù)墾植被，保護(hù)環(huán)境。

此外，特厚煤層是一種非常重要的能源資源，因此必須正確合理地利用資源，盡可能地減少浪費。在采煤過程中，要按照能源節(jié)約的原則，合理利用資源，盡可能減少能源的消耗。比如可以采用先進(jìn)的高效采煤技術(shù)，提高煤的采取率；可以采用廢棄物熱能回收技術(shù)，利用煤矸和廢氣產(chǎn)生的熱能，減少能源浪費。

最后，特厚煤層開采的成功不僅僅在于沖擊地壓的預(yù)防和控制，還需要在技術(shù)、管理和環(huán)保等方面做出全面的努力，提高采煤的效率，降低采煤所造成的環(huán)境污染和能源浪費。只有這樣，才能促進(jìn)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更好地滿足人民群眾的需求此外，特厚煤層開采還需要注重安全生產(chǎn)。煤礦事故時有發(fā)生，特別是在采取高強度開采技術(shù)的情況下，更容易發(fā)生煤礦事故。因此，在特厚煤層的開采過程中，必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行安全生產(chǎn)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，重視各類安全隱患防范，保障煤礦職工的人身安全。具體措施包括：認(rèn)真制定和執(zhí)行職工安全操作規(guī)程，保證職工的操作質(zhì)量和安全；建立完善的安全管理體系，確保安全設(shè)備的有效使用；加強現(xiàn)場安全監(jiān)督，嚴(yán)格落實防護(hù)措施；定期進(jìn)行職工的安全教育和培訓(xùn)，提高職工的安全意識和技能等等。

此外，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的要求也越來越高。在特厚煤層的開采中，可以采用先進(jìn)的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的采煤生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)對采煤全過程的實時監(jiān)控、智能控制和高效管理。這樣，不僅可以提高煤炭的采取率和經(jīng)濟(jì)效益，而且可以有效地降低環(huán)境污染和能源消耗，保障可持續(xù)發(fā)展。

總之，特厚煤層的開采是一項非常復(fù)雜的工程，需要充分考慮地質(zhì)、地質(zhì)應(yīng)力、環(huán)境、安全和經(jīng)濟(jì)等多個方面的因素。為了保障石煤礦安全和高效生產(chǎn)，在開采前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，確保開采的科學(xué)性、合理性和環(huán)保性。同時，在采煤過程中，要注重防范沖擊地壓和安全生產(chǎn)事故，注重節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。最終，需要通過科技創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和人才隊伍專業(yè)化建設(shè)等多種手段，實現(xiàn)特厚煤層的高效開采和可持續(xù)利用，為