煤矿动压现象及其控制研究

摘要：随着经济的不断发展以及煤矿开采持续深入，在煤矿平均开采深度不断增加的情况下，矿山压力显现与煤矿动压现象的发生频率随着提高。本文从煤岩的基本性质、开采技术因素以及组织管理因素三个方面入手，对煤矿动压现象的发生机理展开分析。在此基础上，针对煤矿动压现象的控制措施提出具体建议，希望可以为相关控制工作的开展提供参考。

关键词：煤矿动压现象；发生机理；控制措施

前言：

煤矿开采过程中由于煤与岩体两者在高应力状态下容易积聚大量的弹性能，如果在特定的外力作用下会进一步出现突然破坏等问题，尤其是在冒落或者外抛过程中，煤与岩体两者之间积聚的能量会在短时间内突然释放，随着而来可能会产生巨大声响以及超强的大气浪波等，煤矿动压现象便由此产生。由于煤矿动压现象具有明显的突发性、瞬时性、破坏性以及复杂性特征，加大了控制工作难度。

一、煤矿动压现象的发生机理

煤矿开采过程中，煤矿动压现象的发生会随之释放出大量的能量，按照释放能量冲击波强度的差异，可以将冲击矿压细化为弹射冲击矿压，矿震冲击矿压，弱冲击矿压以及强冲击矿压四种类型。如果综合分析煤矿动压现象的形成机理，则可以将其分成冲击矿压、顶板大面积来压以及煤与瓦斯突出三类煤矿动压现象。对比来看，冲击矿压与顶板大面积煤矿动压现象的产生，被认为是矿上压力这一研究范围内，对于煤与瓦斯突出类型的煤矿动压现象，除了受到矿山压力作用之外，同时还在一定程度上受到承压瓦斯的动力作用影响。为了进一步深入探究煤矿动压现象的发生机理，可以从以下几方面入手：

第一，煤岩的基本性质。从煤岩的基本性质这一角度出发来看，原岩应力作为冲击矿压形成的关键性因素之一，主要是由重力与构造应力两个部分共同构成。其中重力主要与岩体的埋深密切相关，而构造应力的数值一般与断层构造以及孔隙水有着直接的联系[1]。

第二，开采技术因素层面。煤矿开采过程中，受到开采时局部应力过度集中在某个部位或者出现大面积悬顶问题时，会在很大程度上导致应力集中冒顶，随之诱发煤矿动压现象。与此同时，煤矿开采过程中边界线与停采线是局部应力集中的关键地带，是现阶段冲击矿压问题出现的主要诱因，因为生产越集中，则随之产生的冲击倾向性也会进一步增加[2]。

第三，组织管理因素。在科学技术水平不断提高的背景下，煤矿生产相关技术的应用越发成熟，其行业逐渐向着集中化、连续化以及系统化的方向发生转变，在很大程度上为冲击矿压问题提供了新的解决思路。但是从实际情况入手分析，受到冲击矿压的分析及治理方法研究不够深入、技术管理措施难以落实、投资管理不到位以及基层生产工人专业能力和综合素质有待提升等因素的影响，也在一定程度上加大了煤矿动压现象的发生几率。在具体的煤矿开采过程中，为了从根本上保证煤矿生产工作的安全性，加深对煤矿动压现象控制工作的认识，提高安全管理意识，具有重要的现实意义。

二、煤矿动压现象的控制措施

（一）强化对煤矿动压现象判断

针对煤矿动压现象的控制，应该在充分掌握煤矿动压现象发生机理的基础上，强化对煤矿动压现象的判断，从而在煤矿动压现象发生之前作出反应。综合上文分析，煤矿动压现象具有突发性、瞬时性等特征，即煤矿动压现象发生之前往往并没有相对显著的征兆预警，加上煤矿动压现象一般在几秒到几十秒内结束，所以对于煤矿动压现象发生地点以及发生情况的预测难度非常。这种情况下，为了进一步强化对煤矿动压现象的认知，可以从煤矿动压现象的发生机理这一角度入手。以冲击矿压为例，其发生机理可以总结为强度理论、冲击倾向性理论和能力理论三个部分。进一步分析发现，冲击矿压发生机理中的强度理论，主要是指材料受载之后，如果实际的承载量超过了系统的强度极限，则会随之出现破坏问题。冲击倾向性理论则主要是指特定介质本身的冲击倾向度超出规定范围，进而诱发的煤矿动压现象。而能量理论主要是指系统内所存储的能量超出了系统破坏消耗的能量，由此导致系统被破坏。

通过情况下，对于煤矿动压现象的控制，结合煤矿动压现象的发生机理可以从以下两个方面来实现：第一，结合煤矿开采现场的实际情况，合理改变岩体围岩本身的性质，在此基础上实现对煤矿动压现象的控制。这时过程中，常用的控制技术包括高压注水以及注浆硬化等方式。第二，综合考虑煤矿动压现象的形成机制，通过改变岩体围岩中的应力這一方式，实现对煤矿动压现象的有效控制。在具体的煤矿开采工作中，对于改变岩体围岩中应用的方式一般以开采解放层、钻孔卸压、松动爆破卸压以及开掘卸压巷道卸压等方法为主。

（二）针对煤与瓦斯突出发生的控制

结合煤矿开采实际情况，对于煤与瓦斯突出发生的控制，需要综合考虑围岩煤体中充满高浓度瓦斯这一关键性因素。通常情况下，煤与瓦斯突出的发生与围岩煤体中充满高浓度瓦斯有着直接的关系，同时在特定的上覆岩层重力作用下，煤岩体会随之逐步集聚相应的弹性能。在没有外力作用时，煤岩体内积聚的大量弹性能会使得煤岩与瓦斯共同形成一个相对稳定的系统。但是一经外力作用，则会在破坏系统平衡的基础上，诱发煤岩内积聚的弹性能瞬时释放，与煤岩中承压的瓦斯一起冲出煤岩，由此导致煤与瓦斯突出现象的形成。由上分析可知，煤与瓦斯突出现象的形成具有显著的快速性、复杂性以及冲击性等一系列特征，因此对于煤与瓦斯突出现象的控制难度相对较大。但是从实际情况来看，一般会借助钻孔卸压、推行煤与瓦斯共采等方式进行控制。与传统的开采方式相比，煤与瓦斯共采的方式具有高产、高效性，并且其安全性优势相对突出。

（三）针对顶板大面积来压发生的控制

在煤矿开采过程中，针对顶板大面积来压发生的控制，需要充分掌握顶板大面积来压的发生机制，即煤矿开采过程中出现大面积的悬顶情况，并且由于支护不及时等因素的影响，进而在大面积来压作用下导致顶板发生垮落。对于开采过程中形成的顶板大面积来压问题，如果没有采取针对性的应对措施，则会加大“暴风”的出现几率，不仅会损害性格设备，严重时甚至会直接威胁到工作人员的人身安全。综合分析来看，顶板大面积来压的出现一般具有显著的复杂性和瞬时性特征，由于顶板大面积来压与煤矿开采过程中特厚煤层顶板悬露面积过大有着直接的关系，因此可以通过高压注水软化顶板煤层等方式进行应对。此外，结合现场实际情况，也可以选择通过强制放顶相关措施来进行应对。

总结：

综上所述，煤矿动压现象一般是多种因素相互作用之下产生，由于本身具有较强的危害性，所以强化对煤矿动压现象的控制具有重要的现实意义。在具体的工作中，可以从强化对煤矿动压现象判断、针对煤与瓦斯突出发生的控制以及针对顶板大面积来压发生的控制等方面入手，保证煤矿动压现象控制措施的落实。只有这样，才能在保证煤矿安全开采的同时，推动煤矿产业的稳定发展。

参考文献

[1]赵善坤.煤矿动压灾害多级分源时空监控技术及应用[J].河南理工大学学报（自然科学版），2017，36（01）：24-31.

[2]赵建峰. 建新煤矿高应力动压巷道围岩控制技术研究[D].湖南科技大学，2016.

作者简介：杨刚（1990-1-5）；男，山西身朔州市怀仁市，本科，毕业东北大学，助理工程师；研究方向：矿山压力。

（作者单位：山西中煤平朔北岭煤业有限公司）