摘要：自工业革命以来，煤炭作为地球上储量最大的化石能源一直作为人类最重要的能源支撑，而大量的煤炭开采，使得易采煤炭资源逐渐枯竭，煤矿正在进入孤岛工作面开采阶段。但对于孤岛采煤工作面的可采性和安全性在科学和工程学上还没有明确的评价标准和判断方法，因此导致频繁发生孤岛采煤工作面冲击地压事故的频繁发生，因此，国内外诸多煤炭开采专家均展开了对孤岛工作面冲击地压的产生原理、破坏形式、预测预防和处理方式等多方面的研究，并取得了一定的科研成果，但仍然无法完全对孤岛工作面冲击地压形成有效防治，主要原因是未能提出可靠有效的工作面冲击危险性识别方法，并建立行之有效的防治体系。本文主要就孤岛采煤工作面冲击地压防治技术进行了分析。
关键词：孤岛采煤工作面；冲击地压；防治技术
引言
冲击地压是煤矿生产过程中最严重的动力灾害之一，长期以来国内外专家学者对复杂条件下煤矿开采冲击危险性进行了诸多研究。孤岛工作面冲击地压防治技术已经成为了煤炭安全开采的重要研究课题，需要在原理上阐明孤岛采煤工作面产生冲击的原因和机制，为评估孤岛采煤工作面的可采性和安全性提供科学依据。
1孤岛采煤工作面冲击地压的主要特点
冲击地压也叫作“岩爆”，冲击地压的出现主要是由于聚集在岩石中的弹性变形势能在特定的情况下发生突然的剧烈释放，最终导致的是岩石的爆裂并随着这种势能弹射开来。与此同时，在岩石爆裂发生的同时，还会带有一定程度的震动。冲击地压所带来的岩石爆裂现象而产生的震感不仅仅发生在岩石爆裂的瞬间，而是延续时间较长的震感。出现冲击地压的主要几个工作区域有采煤工作面、掘进工作面以及回采巷道，回采巷道中发生冲击地压的概率为采煤工作面的四倍。因此，可以总结出采煤工作面很少发生冲击地压，而掘进工作面和回采巷道更容易发生冲击地压。由于在煤矿采掘过程中，大规模的使用综采和综放等开采方法，机械支架抵消了冲击地压所产生的势能释放，保证了采煤工作面安全的工作环境，并且提高了采煤效率，同时也能够增加采煤量。但是在掘进工作面和回采巷道中，随着采掘深度的不断增加，出现瓦斯的概率也会越来越高，如果煤矿中瓦斯大量出现，不仅危及工作人员的安全，而且还增加了冲击地压的发生概率。
2孤岛工作面冲击地压的产生原因和机理
近年来，国内外很多专家学者对孤岛工作面冲击地压的产生原因和机理进行了大量的研究，主要取得以下理论成果：
（1）冲击地压主要有煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三类。煤体压缩型冲击的发生原因是：当煤炭结构由平衡态过渡到非平衡态时，如果发生了外界扰动，导致煤岩结构失稳；顶板断层型冲击发生的原因是：强大的压力导致顶板产生微破裂，采动扰动使这种微破裂以雪崩扩展形态发生拉伸失稳；断层错动型发生的原因是：在煤岩断层区域，煤炭开采活动引发了断层活化错动，引发错动型冲击地压。
（2）冲击地压粘滑失稳冲击机制。在岩石滑动实验中表明，岩石摩擦滑动存在两种方式，分别为稳定性滑动和粘性滑动。稳定性滑动过程中能量的释放较为平缓，不会造成冲击。而粘性滑动通常伴随着突然的高能量释放，导致地压冲击形成。
（3）孤岛煤柱拉裂冲击机制。大量研究数据显示，在煤炭开采中，对孤岛煤柱的两侧产生水平方向的拉裂破坏，当煤柱破裂时，形成了新的增压区和减压区，顶底板作用使煤柱发生滑动失稳冲击，引发灾害。
（4）冲击地压能量平衡机制。这种理论认为冲击地压煤层有弹性区和能量平衡区两部分区域。在这两个区域的交界处是煤层顶底板发生冲击地压的危险区，在该区域受到采动影响后，极容易造成冲击地压灾害。
（5）复合厚煤层冲震机理。该理论认为煤矿中厚岩层的水平应力突变造成了矿震，而矿震导致岩层垂直应力突变，最终引发了冲击地压。
（6）岩层能态转化理论。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该理论认为冲击地压是煤岩体系统由稳定积蓄能量态向非稳定态释放能量的非线性动力学过程。
3工作面冲击地压防治技术的研究
(1)在进行煤矿矿井的设计时，应对地质情况进行细致的分析，并且根据地质情况，设计出更为安全可靠的设计方案。主要目的就是从根本上降低煤矿发生冲击地压的概率，但是想要使用这种方法，前提就是要有一定的预知能力。
(2)如果在煤矿的某一工作区域中已经发生过或有可能将要发生冲击地压，要对此区域进行煤层注水、煤层卸压等能够改变煤层冲击倾向的工作。这种方法有一定的危险性，很有可能就在进行防治工作的过程中，由于机械动力用力过猛，而再一次引发冲击地压的现象。但该方法能够将煤层中的势能通过支撑的形式转移或释放。
(3)对没有进行机械支撑的煤矿工作区域进行合理且有效的支撑，其机理与综采的机械支撑较为相似，但是该方法较为被动。
（4）冲击地压防治技术的应用。在煤矿开采的后期，受地质条件影响和开采技术的制约，无法避免的要形成孤岛工作面开采。开采过程中主要的冲击地压防治技术有以下几种：
a钻孔卸压技术。利用大直径钻孔卸压能有效缓解和消除地压冲击。大直径钻孔能破坏开采巷道围岩结构，形成弱化带，使高应力向巷道深处转移，降低了巷道周边的围岩应力。在冲击地压发生时，冲出的煤粉能被钻孔空间充分吸收，防止煤体大量涌出。同时，卸压区会形成楔形阻力带，能有效防止煤体的大量冲出。利用钻孔卸压技术对煤层扰动小，不会引发冲击地压，是防治孤岛工作面地压冲击的有效技术手段。
b注水卸压技术。在开采煤层中注水既能起到防尘功能，还能改变煤层的力学特性，使煤层的应力状态和冲击倾向性降低。此外，充足的水分能使煤体软化，起到降低煤层压力的作用。
c爆破卸压技术。利用炸药爆破能量使煤体产生大量裂缝，从而改变煤层整体的力学特性，降低局部区域的高应力。但爆破卸压技术也具有一定的风险性。由于爆破能量较大，对煤层的扰动力大，有可能诱发冲击地压。此外，爆破会破巷道，所以一般情况下并不轻易使用爆破卸压技术。
d断低/顶技术。冲击地压的产生和煤岩结构有着密切关系，特别是煤岩底部或顶部岩层有很好的储能条件时，更容易发生冲击地压。在这种地址条件下，应截断岩层顶板或底板，降低其储能性能，会有效降低冲击地压发生的风险。
e预警监测技术。预警监测技术对孤岛工作面冲击地压防治也起到了积极有效的作用，主要的技术包括钻屑监测、应力监测、微震监测等手段。冲击地压监测系统通过对孤岛工作面的实时监测，及时反馈各种风险因素，能有效防止冲击地压的产生。
结束语
随着我国煤炭行业的不断发展，加深矿井深度成为煤矿企业维持发展的主要途径，但是随着矿井的加深，危险也在逐渐增多，出现冲击地压的概率也会随之变大。因此，相关部门一定要加大力度，关注煤矿冲击地压情况，这不仅仅是对煤炭行业以及资源的保护，也是对井下从业人员的一种负责的态度。
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论文作者:李峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
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