| 煤礦開采如何防止巖爆發(fā)生？ | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2011-11-10 10:07:01 頭條 | ||
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礦難的發(fā)生，很多時候源于瓦斯爆炸、礦井火災(zāi)、礦井水災(zāi)、頂板事故等，而近日發(fā)生在河南義煤集團千秋煤礦的“11·3”事故則是由于煤礦沖擊地壓（又稱巖爆）所致。請關(guān)注—— 近日，河南義煤集團千秋煤礦發(fā)生沖擊地壓事故，針對這一事故，河南省省委書記盧展工說，有成功解救被困礦工的經(jīng)驗可以總結(jié)，如科研人員對沖擊地壓這一災(zāi)害進行了科學(xué)研究和探索；做好煤礦6大系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為爭取時間、準確定位、制訂方案提供了可靠的基礎(chǔ)。 事實上，在我國，隨著開采深度的增加和開采范圍的不斷擴大，北京、撫順、棗莊、開灤、大同、北票、南桐等礦區(qū)的許多礦井，都先后有沖擊地壓現(xiàn)象發(fā)生。專家指出，隨著開采深度的不斷增加，沖擊地壓的危害將更加突出。那么，沖擊地壓究竟是怎么回事？科技日報記者就此采訪了國家安全生產(chǎn)專家組專家、中國工程院院士張鐵崗，煤礦災(zāi)害預(yù)防與搶險救災(zāi)教育部工程研究中心常務(wù)副主任、河南理工大學(xué)教授王兆豐等相關(guān)專家。 巖爆具有很大的破壞性 張鐵崗介紹，沖擊地壓又稱巖爆，是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而產(chǎn)生突然劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災(zāi)害之一。巖爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現(xiàn)象，當巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能大于巖石破壞所消耗的能量時，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導(dǎo)致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設(shè)備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學(xué)領(lǐng)域的世界性難題。輕微的巖爆僅剝落巖片，無彈射現(xiàn)象。嚴重的可測到4.6級震級，一般持續(xù)幾天或幾個月。發(fā)生巖爆的原因是巖體中有較高的地應(yīng)力，并且超過了巖石本身的強度，同時巖石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了巖體的平衡，強大的能量把巖石破壞，并將破碎巖石拋出。 巖爆發(fā)生的原因與特點 王兆豐進一步解釋，巖爆一般是在硬脆巖體高地應(yīng)力地區(qū)，硐室開挖過程中發(fā)生的。巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造的堅硬巖石中，與斷層、節(jié)理構(gòu)造密切相關(guān)。當掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時，極容易觸發(fā)巖爆。巖體中節(jié)理密度和張開度對巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時，也可能發(fā)生巖爆。巖爆的巖石以砂巖為主，堅硬干燥，在未發(fā)生前，無明顯征兆，雖經(jīng)過仔細尋找，并無空響聲，即使一般認為不會掉落石塊的地方，也會突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊應(yīng)聲而下。 巖爆發(fā)生的地點多在新開挖的掌子面及距離掌子面1—3倍洞徑范圍內(nèi)，個別的也有距新開挖工作面較遠。巖爆時圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可達數(shù)噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的魚鱗片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。 巖爆圍巖的破壞過程，一般新鮮堅硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆。由于爆破振動影響，造成開挖洞段應(yīng)力重新分布，造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。 巖爆的八大防治措施 參與此次“11·3”事故處置的張鐵崗院士，在談到防治措施時指出，處置巖爆，一般有以下八項措施，可根據(jù)情況靈活掌握： 在施工前，要針對已有勘測資料，首先進行概念模型建模及數(shù)學(xué)模型建模工作，通過三維有限元數(shù)值運算、反演分析以及對隧道不同開挖工序的模擬，初步確定施工區(qū)域地應(yīng)力的數(shù)量級以及施工過程中哪些部位及里程容易出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據(jù)。 在施工過程中，加強超前地質(zhì)探測，預(yù)報巖爆發(fā)生的可能性及地應(yīng)力的大小。采用上述超前鉆探、聲反射、地溫探測方法，同時利用隧道內(nèi)地質(zhì)編錄觀察巖石特性，將幾種方法綜合運用判斷可能發(fā)生巖爆高地應(yīng)力的范圍。 打設(shè)超前鉆孔轉(zhuǎn)移隧道掌子面的高地應(yīng)力或注水降低圍巖表面張力超前鉆孔可以利用鉆探孔，在掌子面上利用地質(zhì)鉆機或液壓鉆孔臺車打設(shè)超前鉆孔，鉆孔直徑為45mm，每循環(huán)可布置4—8個孔，深度5—10m，必要時也可以打設(shè)部分徑向應(yīng)力釋放孔，鉆孔方向應(yīng)垂直巖面，間距數(shù)十厘米，深度1—3m不等。必要時，若預(yù)測到的地應(yīng)力較高，可在超前探孔中進行松動爆破或?qū)⑼暾麕r體用小炮震裂，或向孔內(nèi)壓水，以避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)。 在施工中應(yīng)加強監(jiān)測工作，通過對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場觀察、通過對輔助洞拱頂下沉、兩維收斂以及錨桿測力計、多點位移計讀數(shù)的變化，可以定量化地預(yù)測滯后發(fā)生的深部沖擊型巖爆，用于指導(dǎo)開挖和支護的施工，以確保安全。在開挖過程中采用“短進尺、多循環(huán)”，同時利用光面爆破技術(shù)，嚴格控制用藥量，以盡可能減少爆破對圍巖的影響并使開挖斷面盡可能規(guī)則，減小局部應(yīng)力集中發(fā)生的可能性。 在巖爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內(nèi)。加強施工支護工作。支護的方法是在爆破后立即向拱部及側(cè)壁噴射鋼纖維或塑料纖維混凝土，再加設(shè)錨桿及鋼筋網(wǎng)。必要時還要架設(shè)鋼拱架和打設(shè)超前錨桿進行支護。 襯砌工作要緊跟開挖工序進行，以盡可能減少巖層暴露的時間，減少巖爆的發(fā)生和確保人身安全，必要時可采取跳段襯砌。 同時應(yīng)準備好臨時鋼木排架等，在聽到爆裂響聲后，立即進行支護，以防發(fā)生事故。發(fā)生巖爆的地段，可采取在巖壁切槽的方法來釋放應(yīng)力，以降低巖爆的強度。（喬地）
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