陕西彬长孟村矿业有限公司陕西咸阳712000
摘要：为了保证煤矿开采区域的稳定性，实现冲击地压主动防治模式，本文提出先裂后注防治冲击地压机制。同时，根据煤矿现场开采的实际情下，对先裂后注防治冲击地压机制进行了现场试验，以此判断该机制的应用效果。
关键词：煤矿开采；先裂后注防治；冲击地压
1.常规冲击地压防治技术的局限性
1.1常规冲击地压防治技术分类
按作用机制不同，常规冲击地压防治技术可分为弱化煤体类、耗散能量类、转移应力类和切断力源传递途径类。煤层注水是最为常用的弱化煤体类防冲技术，作用机制为：通过注水将煤层孔隙、裂隙中的气体驱走，使水成为煤的湿润流体，湿润煤孔隙、裂隙内外表面，并在煤孔隙、裂隙表面形成水膜，从而降低煤颗粒间的黏结力及接触面的摩擦力，弱化煤体强度。图1为煤矿6煤层单轴抗压强度与单轴抗拉强度随浸水时间的变化曲线，从图中可以看出，随着浸水时间延长，煤样的单轴抗压强度及抗拉强度都显著降低，证明煤层注水能够起到弱化煤体的作用。但由于煤层渗透性差，煤层注水防治冲击地压效果不够理想。
图1煤强度与浸水时间的关系曲线
1.2常规冲击地压防治技术局限性分析
煤层钻孔、煤层爆破、煤层注水、预裂顶板、断顶等常规冲击地压防治技术得到了广泛应用，一定程度上抑制了冲击地压事故的发生。但从应用效果来看，常规冲击地压防治技术存在明显不足，主要体现在以下几个方面：
（1）措施实施的局部性。常规防冲技术措施主要在预测具有冲击危险的区域或有冲击危险显现的区域实施。目前冲击危险性预测主要依据诱发因素统计和工程类比，预测结果有一定误差；冲击危险显现主要依靠监测，而常用的微震、应力、电磁辐射、钻屑法等监测技术仅能对布点区段及附近进行实时监测，难以获得布点区段以外区域的冲击危险显现情况。由于冲击危险预测与监测存在局限性，防冲技术措施实施难以覆盖所有危险区域。
（2）防冲方式的被动性。常规防冲技术措施都是在回采工作面系统或巷道断面形成后实施的，此时诱发冲击地压的因素已经存在和开始作用，冲击危险已经存在，即措施实施滞后于冲击危险出现。因此，常规防冲技术措施不具有主动性。
（3）实施过程的危险性。常规防冲技术措施都是在冲击危险区域实施的，实施过程中可能发生冲击地压，给现场施工人员的生命安全带来巨大威胁。我国经常发生煤层爆破、煤层钻孔诱发冲击地压的案例。
（4）防冲作用的时效性差。常规防冲技术措施的作用具有两面性，一方面起到抑制冲击地压的作用，另一方面可能起到诱发冲击地压的作用，且防冲作用的时效性得不到长期保证。煤层注水充分湿润煤体时能够起到防冲作用，但煤层浸水时间若不够长或得不到充分湿润，其冲击倾向性及危险性将增加，或者停注时间过长，其冲击危险性将恢复。煤层钻孔仅能在钻孔塌孔后起到防冲作用，若随着时间延长，钻孔蠕变至充实或塌孔充实，其防冲作用消失。煤层爆破的目的是依靠炸药爆炸产生的能量弱化巷帮煤体，将原冲击体变为冲击阻抗体，从而抑制冲击地压的发生，但仅少部分炸药爆炸能量用于弱化巷帮煤体，其余转化为煤层应变能储存于煤体，反而可能诱发冲击地压。断顶能够切断指定区域力传递途径，确保该区域应力不增加，但会出现高位顶板载荷传递至更远区域煤体，显著增加影响区域煤体的应力，从而诱发冲击地压，我国也曾发生断顶层位或方向不准确诱发冲击地压的案例【1】。
（5）与生产的矛盾性。由于常规冲击地压防治
图2先裂后注对煤层的作用过程
1.3先裂后注防治冲击地压的机制
从先裂后注对煤层的作用过程可以看出，其防治冲击地压的机制体现在2个方面：裂化煤体和湿润煤体。
裂化煤体：完整煤体被高压水裂化后变为裂隙煤体，由若干个孤块煤体组成，如图3所示。裂化煤层防治冲击地压的本质体现在以下3个方面：（1）弱化蓄能应力。裂隙煤体中含有若干裂隙，孤块煤体的接触面为裂隙面，与完整煤体相比，裂隙面的黏聚力和内摩擦角很小；高应力作用于裂隙煤体时，相邻孤块沿裂隙面发生摩擦，从而释放一部分应力，与完整煤体相比，蓄能能力显著降低。（2）均化应力。裂隙煤体受高应力作用后，孤块煤体通过调整，使各孤块煤体中的应力均衡，避免局部产生应力集中，形成应力峰值，从而避免满足局部应力大于冲击临界应力的情况出现。（3）孤立冲击体。尽管孤块煤体仍具有冲击倾向，属于冲击体，但冲击体被孤立后，其分担的能量较少，孤块煤体间不能形成能量传递链和冲击链，犹如高应力作用于钢球堆上，不会发生冲击失稳。
图3完整煤体裂化过程
2.先裂后注防治冲击地压机制现场试验
本文就以某煤矿为例，该矿井受到冲击地压的威胁相对较为严重，并且在煤矿开采的过程中冲击地压产生的现象相对较为明显，为了解决该项问题，逐渐将先裂后注防治冲击地压机制应用到其中，企业将1205工作面作为现场试验点，并且东侧为1026才采空区，西侧为实体煤层区域。同时，1025工作面的煤层结构为1.9（1.17）1.37m，厚度为4.4m，埋深为1000m，倾角为3°~10°，单轴抗压强度为10MPa，根据这样的情况来看，1025工作面属于软煤层范畴。
在现场试验的过程的过程，首先在1026工作面上平巷内设置一个压裂钻孔，并且需要裂孔两侧各设置一个观测孔个，但是需要掌握观测孔与裂孔之间的距离，通常情况下需要对其距离控制在8m，1205工作面的裂孔的深度为：11m，孔径为75m。针对各项参数，工作人员决定使用“端封中注”式封孔器封孔，选用乳化液泵作为压裂泵，以此分析和监测煤层压裂的效果。另外，需要在压裂钻孔两侧巷帮锚杆上设置低音监波器，避免出现较大的噪音，图4所示。
图4为：压裂孔及地音检波器布置图
其实，从图5中可以知道，压裂管道路压力处于持续上升的状态，其压力上升到13.9MPa，并且缓慢上升到14.8MPa以后缓慢下降，这样就说明煤层的完整性相对较高，保证先裂后注防治冲击地压机制使用的效果。但是，若是下降的速度相对较快的话，煤层压裂情况较为严重，那么就需要对煤层进行处理，才能保证先裂后注防治冲击地压的效果【2】。
图5为：压裂孔与监测测点布置图
结语
从以上的综合论述，得出以下几个结论。
（1）本文从湿润煤体、裂化煤体等方面，分析和阐述先裂后注防治冲击地压机制的相关内容，只有对相关内容进行一定的了解，这样才能保证先裂后注防治冲击地压机制实施的准确性。
（2）利用某案例的形式，对先裂后注防治冲击地压机制的煤矿开采现场的实施，进行了试验分析和阐述，其主要目的就是对煤体压裂进行处理，提升了先裂后注防治冲击地压实施的效果，保证煤体层开采的稳定性，避免安全事故的发生，保证煤矿开采工作的综合效益。
参考文献：
[1]齐庆新，雷毅，李宏艳，冀贞文，刘军，潘俊锋，王永秀.深孔断顶爆破防治冲击地压的理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2007（S1）：3522-3527.
[2]齐庆新，欧阳振华，赵善坤，李宏艳，李晓璐，张宁博.我国冲击地压矿井类型及防治方法研究[J].煤炭科学技术，2014，42（10）：1-5.