冲击地压缺陷转化技术

4.4　冲击地压缺陷转化技术

4.4.1　顶板缺陷处理

厚层坚硬顶板易引起冲击地压，一是回采工作面上方厚层坚硬老顶的大面积悬顶和冒落，会引起煤层和顶板内的应力高度集中。二是工作面和上下平巷附近直接岩石的悬露，会引起不规则垮落和周期性增压，增加冲击地压的危险性。需要进行人为缺陷，消除冲击隐患。目前较为有效的处理方法是顶板注水软化、爆破断顶等。

(1)顶板注水软化

类似煤层注水，对在厚层砂岩等坚硬顶板条件下进行高压预注水，水通过岩石的孔隙、裂隙、节理、层理等弱面进入岩体内，经过物理化学作用，扩大了裂隙，溶解了部分矿物，增加了含水量，从而破坏了岩体的整体性，降低了岩体的强度，提高了岩层的可冒性，使难冒顶板转化为可冒顶板。在开采过程中采空区上方悬顶缩短，冒落高度增加，岩体的碎胀系数增大，周期来压步距缩短，减缓或消除大面积来压和冲击地压的威胁。

(2)顶板爆破处理

顶板爆破处理方法包括爆破断顶、强制放顶和超前深孔预裂爆破松动顶板等。爆破断顶是在待采煤层隔离煤柱一侧的老采空区内，对采空区顶板内造成宽约6m，深约6～8m的断沟，用以削弱采空区与待采区之间的顶板连续性，减小待采煤层开采时的应力集中，以消除冲击地压危害。强制放顶是用爆破方法对采空区悬露顶板进行处理，破坏其整体性，使之产生规则性冒落，消除或减缓冲击地压和大面积来压威胁的一项措施。强制放顶包括循环放顶(图4-12(a))、中部拉槽(图4-12(b))和端部切断三种类型(图4-12(c))。

为实现厚度大、坚硬顶板的强制放顶，进行深孔爆破。爆破孔的仰角一般为75°，装药量为孔深长度的2/3(图4-13)，炮眼采用单排眼布置方式，使用导爆索配以瞬发雷管爆破，使工作面顶板形成沿切顶线的垮落。

图4-12　强制放顶类型

1-雷管脚线；2-封泥；3-雷管；4-药卷；5-导爆索

图4-13　钻孔爆破示意图

4.4.2　采空侧悬顶缺陷处理

当工作面临近单采空区时，上覆岩层断裂高度小，工作面沿空侧形成悬臂结构较小，采空区上部岩层力通过悬臂结构向工作面沿空巷道侧转移，由于巷道布置在低应力的环境中，应力增加的不明显，暂时不会发生冲击地压；当工作面临近两个或多个采空区时，上覆岩层断裂的高度加大，工作面沿空侧形成大的悬臂结构，采空区上部岩层的力通过悬臂结构向工作面沿空巷道一侧转移，会造成大悬臂结构的突然断裂，应力全部向巷道上部转移，会发生岩层侧向失稳，形成冲击地压。大面积采空区形成的悬臂结构见图4-14。

图4-14　大面积采空区悬臂结构示意图

图4-15　一般三角悬臂结构力学模型

(2)有悬顶结构的力学模型

由于上部岩层(主要为基本顶及其上部岩层)强度高、厚度大等原因，部分煤壁处顶板随工作面推采而未垮落，形成有“悬顶”的“悬臂”梯形结构，该结构的采空区侧是压力拱的边界，近似成线性，上边为连续岩层边界，煤柱边缘上方假设成线性结构。如图4-16所示。

图4-16　悬顶结构力学模型

(3)理想结构的力学模型

该情况为理想状态，工作面顶板沿煤壁处垂直垮落，形成既无“悬顶”又无“悬臂”的岩层结构，该结构的采空区侧是压力拱的边界，近似成垂直直线，上边为连续岩层边界。如图4-17所示。

根据深部大采空两软煤层工作面冲击地压机理分析和力学模型计算，可得深部大采空两软煤层工作面冲击地压防治原理：消除悬顶结构、加固顶板，松动帮部、转移边缘应力，提前释放能量，保持底板稳定性。

图4-17　理想结构力学模型

(1)消除悬顶结构、加固顶板

从根本上解除高应力形成的条件，采取在低应力场内掘进与使用巷道，实现低应力的开采环境。采用爆破切顶等措施，使悬顶结构向一般结构转化，由一般结构向理想结构过渡，最终实现理想化开采。

同时可采用注浆、大变形恒阻锚索等支护材料和帮顶斜拉锚索支护技术等加强顶板和帮体煤层之间的联系，提高帮顶接触面之间的抗剪强度。

(2)松动帮部、转移边缘应力

当采空边缘煤柱较大或深部应力大时，巷道有可能处于高应力区域中，易于诱发冲击显现；需要松动帮部煤体、转移巷道煤体边缘应力；可采取注水、爆破等措施进行煤帮松动，降低煤体强度，转移应力，增加破碎缓和区范围，利用缺陷体的吸收、抗震作用提高阻抗内部震源层的能力。

(3)提前释放能量

采取注水、钻孔、爆破、切顶等措施，提前制造出可释放能量的缺陷体，释放煤体内积聚的能量。