摘 要：煤層注水壓簡單易行，是一種防治沖擊礦的有效方法，實驗室和現(xiàn)場研究結(jié)果表明：煤層注水影響煤的結(jié)構(gòu)和強度，使煤體的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，使煤體的塑性變形增加，在有瓦斯的礦井，注水過程中能貫通煤體裂隙，擠出煤層中的瓦斯，降低了瓦斯和煤層突出的危險性，削弱了煤層發(fā)生沖擊礦壓的可能性。通過煤層注水前后沖擊傾向、支承壓力、鉆屑量和能量分布變化的分析，并通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，進一步闡述了煤層注水防治沖擊礦壓的作用機理。

關(guān)鍵詞：煤層注水；沖擊礦壓；沖擊傾向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.059

隨著開采深度的增加，煤層壓力的增高，作為煤礦五大自然災(zāi)害之一的沖擊礦井越來越突出。沖擊礦壓是煤巖體受載后發(fā)生變形，積蓄了大量的彈性能，當達到臨界狀態(tài)后，受外力干擾而發(fā)生的局部失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。這種破壞現(xiàn)象形成機理復(fù)雜，小到煤炮、煤層突出，大到劇烈的礦震，長期困擾著煤礦開采工作者，先后有不少學(xué)者提出了預(yù)防沖擊礦壓的理論方法，但沖擊礦壓時有發(fā)生，筆者主要從煤層注水前后影響沖擊礦壓各方面因素進行對比，得出了煤層注水預(yù)防沖擊礦壓的有效性，為煤層注水防治沖擊礦壓提供了一些理論依據(jù)。

1 煤層注水對煤的沖擊傾向的影響

煤層注水是將水通過鉆孔注入煤體內(nèi)，水進入煤體的裂隙和孔隙中，煤體浸水后的軟化作用和損傷破壞，使煤體的強度減小，塑性增大，煤層整體軟化，形成較長的破裂帶，破壞煤體的整體性，改變了煤體的應(yīng)力狀態(tài)。在實驗室，對浸水煤樣和未浸水煤樣進行了壓力機試驗，得出了煤的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如下圖1。

試驗結(jié)果表明，注水后煤體軟化，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，強度明顯下降。在最大屈服強度時，煤體積蓄彈性能下降，破壞時釋放的能量就減小，大多以塑性變形方式來消耗自身積蓄的彈性能，產(chǎn)生的沖擊能力明顯減弱。

2 煤體注水后支承壓力分布變化

煤體注水后，煤體的支承能力下降，塑性區(qū)應(yīng)力降低，彈性區(qū)應(yīng)力增加，工作面前方破裂帶和卸壓帶增加，支承壓力向煤壁前方轉(zhuǎn)移，支承壓力峰值降低。對煤層注水進行的Flac模擬分析，注水前的最大支承壓力為30 MPa，距煤壁6.8 m處，注水后支承壓力分布比較平緩，最大支承壓力為20MPa，距煤壁10.2m處。Flac分析結(jié)果見圖2。

3 煤體注水后鉆屑量的變化

鉆屑法是根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)動力效應(yīng)，鑒別沖擊礦壓的一種方法，在其他條件相同的情況下，其鉆屑量不同，當單位長度排粉量超過標定值時，沖擊危險性提高。注水前對煤體進行鉆孔試驗，當鉆至5.4m時，孔內(nèi)有煤炮聲，同時在鉆進的過程中出現(xiàn)了明顯的卡鉆動力現(xiàn)象，每米鉆屑量為33 L，注水后鉆孔鉆屑量約為注水前的2/5，進鉆過程中很少出現(xiàn)動力現(xiàn)象，說明煤體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)得到改善，沖擊危險性很小。對煤層注水前后進行鉆屑法檢測的結(jié)果見圖3。

4 煤體注水后能量的分布狀況

煤體注水后，煤體積蓄彈性能下降，大多以塑性變形的方式消耗彈性能，使煤層中可恢復(fù)彈性能減少，通過有限元分析，煤體注水能改變煤體內(nèi)能量積聚和釋放在時間上的穩(wěn)定性和空間上的均衡性，注水后煤壁前方的能量明顯減小，呈現(xiàn)出較均勻的分布，其分布情況見圖4。

5 實例分析

撫順龍風(fēng)礦沖擊礦壓由來已久，在有嚴重沖擊危險的情況下對601東下段四煤門北翼東工作面進行煤體注水，注水后用鉆屑法檢測，結(jié)果表明鉆屑量顯著下降，基本上消除了沖擊礦壓的危險，使回采能夠順利進行。

6 結(jié)論

通過以上分析，煤體注水后可得出如下結(jié)論：

（1）煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，不僅強度降低，而且塑性增加，即峰值降低，曲線變得平緩，從根本上降低了煤層的沖擊傾向性，因而可以有效的防治沖擊礦壓的發(fā)生。（2）降低應(yīng)力集中程度，削弱沖擊礦壓發(fā)生的應(yīng)力條件。數(shù)值分析顯示煤體注水前后支承壓力的變化，發(fā)現(xiàn)注水后支承壓力向煤壁深部轉(zhuǎn)移，從根本上消除了沖擊傾向性。（3）煤層含水率增加，煤體塑化，煤粉量明顯減少，鉆孔過程中動力現(xiàn)象減少，根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律，遠低于可能發(fā)生沖擊礦壓的最大鉆屑量。（4）工作面煤壁松動，礦壓顯現(xiàn)程度降低，煤體能量得到釋放，降低煤層本身所聚集的彈性能，有效地降低了由于應(yīng)變能突然釋放而導(dǎo)致的沖擊礦壓。

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作者簡介：夏孝夠（1973-），男，江蘇無錫人，碩士研究生，主要從事礦壓方面的科研工作。