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齊慶新:我國煤礦沖擊地壓發展70年:理論與技術體系的建立與思考

2019-09-11   來源:煤炭科學技術

  2018年10月20日,山東能源集團龍鄆煤業發生沖擊地壓事故,造成21人死亡;2019年6月9日,吉林煤業集團公司龍家堡煤礦發生沖擊地壓事故,造成9人死亡;2019年8月2日,開灤(集團)有限責任公司唐山礦業分公司井下發生1起較大沖擊地壓事故,造成7人死亡。這么短的時間內,發生3起震驚全國的沖擊地壓事故,不禁要問:為什么會發生沖擊地壓,沖擊地壓能防治嗎?


  事實上,我國早在解放前的1933年就發生過沖擊地壓,而在20世紀80年代前后,因煤礦開采深度的增加,一些典型的硬煤、硬頂、硬底簡稱“三硬”條件的煤礦相繼發生沖擊地壓,成為當時影響我國煤礦安全生產的主要災害之一。


  進入21世紀以后,在我國煤礦開采深度不斷增加的同時,由于機械化水平的提高,煤礦開采強度顯著加大,礦井井型由過去最大的300萬 t/a不斷增大到500萬 t/a、800萬 t/a、1 000萬 t/a,甚至1 500萬 t/a,從而導致一些過去沒有沖擊地壓危險的礦井也發生了沖擊地壓。同時,由于礦井設計理念的落后和設計標準的滯后,我國很多開采深度大于500 m的礦井在設計時根本沒有考慮沖擊地壓問題,從而使得開拓部署不夠合理、沒有實施保護層開采、大巷布置在沖擊地壓煤層中、留設不合理煤柱、跳采或孤島開采,從而導致近10年來我國一些深部開采礦井及新建礦井陸續發生沖擊地壓災害,對我國煤礦安全生產造成了嚴重威脅。因此,如何解決這些生產礦井沖擊地壓問題,已成為擺在煤炭科研工作者面前亟待解決的問題。


  經過40年的努力,我國在沖擊地壓研究與工程實踐方面成果顯著,陸續建立了沖擊地壓的“三準則”理論、變形系統失穩理論、“三因素”理論、“弱化減沖”理論、應力控制理論、“沖擊啟動”理論和沖擊地壓擾動響應失穩理論,使我國在沖擊地壓理論研究方面占據世界領先地位。同時,在沖擊地壓監測技術與裝備方面,在消化、引進國外先進技術裝備的基礎上,研發的沖擊地壓采動應力監測系統、微震監測系統和電磁輻射監測系統等已裝備到大部分沖擊地壓礦井。對沖擊地壓顯現較為嚴重的礦井,通過煤層大直徑鉆孔卸壓、留設合理煤柱、頂板深孔爆破或水壓致裂等技術,大大降低了沖擊地壓的危險性,有效防止了沖擊地壓災害的發生。

  

  煤炭科學研究總院深部開采與沖擊地壓防治研究院齊慶新研究員團隊系統全面地闡述了新中國成立70年來在沖擊地壓研究方面取得的成績,主要從理論、監測與預警裝備、防治技術及法律法規與標準構建等方面進行了重點介紹。研究人員兼顧國外主要采礦國家在沖擊地壓研究上開展的工作。


  可以看到,隨著我國煤礦開采深度的增加,沖擊地壓礦井數量和災害危害程度顯著增加,而國外沖擊地壓因煤礦開采的萎縮,只在個別一些國家偶爾發生沖擊地壓;對于沖擊地壓發生機理的研究,國外對此研究的工作主要是停留在20世紀50—90年代,而我國主要研究成果是近30年的事情,主要包括“三因素”機理、強度弱化減沖機理、應力控制理論、沖擊啟動理論和擾動響應失穩理論等;在沖擊地壓監測預警方面,國外主要集中在微震與地音監測方面,并配合鉆屑法,而我國在此基礎上,提出了采動應力監測方法,并開發了相關技術裝備,現已廣泛應用于實際煤礦沖擊地壓監測與預警.


  在沖擊地壓防治方面,以往重點關注在煤層和頂板沖擊危險性的消除和解危上,而最近10年來,在巷道支護及煤巖體結構控制的研究與工程實踐方面開展了有益的探索,旨在加強局部巷道支護的同時,從區域上控制煤巖體結構穩定性和應力分布,開發了分級分類的沖擊地壓巷道支護技術,采用水力壓裂與深孔爆破等技術實現了對堅硬頂板巖層的有效控制.


  在沖擊地壓相關法律法規與標準體系建設方面,最近10年來,我國開展了較為系統的制訂工作,包括《防治煤礦沖擊地壓細則》在內的規程及相關標準已制訂并實施,現已初步建成沖擊地壓標準體系。


  改革開放40年來,我國煤礦沖擊地壓礦井數量不斷增加,研究沖擊地壓的人數不斷增加,沖擊地壓發生機理不斷完善,沖擊地壓監測技術及儀器與裝備從無到有,性能不斷提升,沖擊地壓防治技術與方法不斷完善,有效性不斷提高,沖擊地壓有關法律法規從無到有,現已趨于完善。


  綜合而言,我國煤礦沖擊地壓理論與技術體系已初步形成。應該看到,隨著大數據、智能化與機器人時代的到來,在新的科學技術的推動下,沖擊地壓理論與技術將獲得更大的發展。


我國沖擊地壓礦井分布(截至2017年1月)


沖擊地壓綜合監測預警系統


巷道“三級”支護現場實例


  這項研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目的資金支持,研究成果以《我國煤礦沖擊地壓發展70年:理論與技術體系的建立與思考》為題發表于《煤炭科學技術》2019年第9期。


  責任編輯:宮在芹

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