| 煤礦開采如何防止巖爆發(fā)生？ | |||
| 煤炭資訊網 | 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、礦井水災、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驗可以總結，如科研人員對沖擊地壓這一災害進行了科學研究和探索；做好煤礦6大系統(tǒng)等基礎設施建設，為爭取時間、準確定位、制訂方案提供了可靠的基礎。 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專家組專家、中國工程院院士張鐵崗，煤礦災害預防與搶險救災教育部工程研究中心常務副主任、河南理工大學教授王兆豐等相關專家。 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變能大于巖石破壞所消耗的能量時，破壞了巖體結構的平衡，多余的能量導致巖石爆裂，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、設備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學領域的世界性難題。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)生在褶皺構造的堅硬巖石中，與斷層、節(jié)理構造密切相關。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，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生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出，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，加強超前地質探測，預報巖爆發(fā)生的可能性及地應力的大小。采用上述超前鉆探、聲反射、地溫探測方法，同時利用隧道內地質編錄觀察巖石特性，將幾種方法綜合運用判斷可能發(fā)生巖爆高地應力的范圍。 打設超前鉆孔轉移隧道掌子面的高地應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鉆機或液壓鉆孔臺車打設超前鉆孔，鉆孔直徑為45mm，每循環(huán)可布置4—8個孔，深度5—10m，必要時也可以打設部分徑向應力釋放孔，鉆孔方向應垂直巖面，間距數(shù)十厘米，深度1—3m不等。必要時，若預測到的地應力較高，可在超前探孔中進行松動爆破或將完整巖體用小炮震裂，或向孔內壓水，以避免應力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)。 在施工中應加強監(jiān)測工作，通過對圍巖和支護結構的現(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，可以定量化地預測滯后發(fā)生的深部沖擊型巖爆，用于指導開挖和支護的施工，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，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。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壁噴射鋼纖維或塑料纖維混凝土，再加設錨桿及鋼筋網。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨桿進行支護。 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力，以降低巖爆的強度。（喬地）
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