回采工作面推進過程中發生威脅安全生產的沖擊地壓,是有條件的,有規律的。實踐證明威脅安全生產的沖擊地壓發生的條件是:
1)開采煤層具有“沖擊傾向性”。
2)工作面推進部位煤層中聚集有足以產生沖擊性破壞的壓縮彈性能。該壓縮彈性能的來源可以是殘余構造應力,也可以是采動形成的高峰應力。
3)破煤放頂生產過程;頂板裂斷來壓等誘發沖擊能量,達到促使該部位彈性能釋放的界限。
4)工作面及超前兩巷煤幫沒有形成足以緩沖的超前破壞區間。
同時具備上述條件的要求,決定了回采工作面推進過程中破壞性沖擊地莊發生時間和地點的規律性。其中:避免把開切眼布置在構造應力場中或臨近工作面的壓力高峰區。或者在已采工作面形成的內應力場中布置開切眼的推進方案。是排除工作面初采階段破壞性沖擊地壓的關鍵。采場進入正常推進階段后,就沖擊地壓發生的可能性差異而言,包括以下兩個區間(見圖1):
“危險區間”:包括從煤壁集中應力增加到沖擊破壞極限開始,到煤壁破壞
超前破壞已經深入到形成足夠緩充帶寬度的部位。即圖1中的B到C的位置。
該區段范圍內高能級的采動誘發和老頂的斷裂都有促成破壞性沖擊地壓的危險[3]。
“平穩區間”:即煤壁前方緩沖帶形成之后。即從圖1中的C位置開始,至工作面推進完成為止的全部長度上。該推進區間內,除非堅硬頂板裂斷高強度彎曲彈性能釋放發生沖擊,否則,工作面內部不會發生破壞性沖擊地壓。
3沖擊地壓事故的控制及相關信息基礎
綜合沖擊地壓分類研究的成果,可以清楚的看到,控制沖擊地壓實現的應力條件,是控制煤礦沖擊地壓發生的關鍵。必須把采掘工作面推進過程中可能誘發
釋放的彈性壓縮能,限制在足以導致沖擊性破壞發生的范圍內。為此,在考慮開采方案設計時,應當注意以下“防沖”的時空原則。
(1)嚴格杜絕在原始應力場的構造壓縮應力帶和采動應力場支承壓力的高峰部位布置采煤巷道和推進工作面。
(2)最大限度的爭取實現在已經歷采動釋放應力后穩定的“內應力場”(已經歷采動破壞的巖層覆蓋的重力場)中掘進和維護巷道。
保證按上述時間、空間原則進行開采方案設計的相關信息基礎,包括:
(1)經歷構造運動破壞的原始應力場應力大小分布的的信息[4]。
(2)不同開采程序和開采參數條件下支承壓力大小分布及發展變化規律的信息。
上述信息必須針對具體的煤層條件和具體開采部位的實際采用理論計算和實測推斷相結合的方法確定。絕對不能對不同開來條件的變化,一成不變的采用統一的經驗數據。
在有可能發生沖擊地壓的工作面,應當采取下列措施控制事故的災害。
1)采用“井下巖層動態觀測研究方法”(必要時再以“鉆孔應力分析”),在取得下列相關信息的基礎上,實現對沖擊地壓可能的時間、地點和強度的預測和預報。
①支承壓力分布、特別是“內應力場”范圍支承壓力高峰隨采場推進擴展規律‘以此推斷可能發生沖擊地壓的起點、終點(有足夠的“內應力場”寬度作為緩沖區)位置以及危險區的全長。推斷超前巷道中可能發生沖擊性破壞的范圍。
②老頂裂斷來壓的規律包括老頂下位巖梁、上位巖梁以及有彎曲彈性能釋放威力的堅硬頂板裂斷的時間、位置及相應的工作面推進步距等信息。以此作為預測預報頂板裂斷誘發沖擊地壓發生時間、地點以及可能強度的依據。實踐證明,老頂裂斷是誘發回采工作面沖擊地壓的主動力。
2)在預計發生高強度沖擊地壓危險的地點,采取降低儲存的彈性能和誘發能量等措施,力爭把沖擊破壞的范圍減少到最低限度。
3)在有承受沖擊地壓破壞的工作面和巷道中采用正確的支護方式維護工作空間的安全。例如回采工作面必須采用穩定的可縮性支護,絕對避免采用木棚等不穩定的支護方式。有沖擊破壞危險的巷道應以實護頂,護幫要求的錨網支護。
4結論
(1)沖擊地壓是與應力條件直接相關的事故,其應力條件的實現都是一定采動條件下巖層運動和破壞的結果。
(2)沖擊地壓分為巷道發生的沖擊地壓與工作面發生的沖擊地壓兩類。
(3)沖擊地壓事故預測和控制決策體系建設的研究成果是:以控制事故發生的巖層運動條件和應力場應力大小分布條件為核心,在深入揭示不同采動條件下的巖層運動和應力場應力大小分布關系,并取得相應信息基礎上,通過優選采動條件(開采方案)實現事故控制的目標。