煤矿冲击地压产生原因及防治措施董宇智

煤矿冲击地压产生原因及防治措施董宇智

董宇智

董宇智

河南大有能源股份有限公司耿村煤矿防冲队河南三门峡472431

摘要：冲击地压是矿山压力显现的一种特殊形式，又称岩爆或煤炮，是地下采矿工程中最具威胁的动力灾害之一。冲击地压不仅损坏支架和巷道，导致矿井不能维持正常生产，严重时会危及井下人员的生命安全。因而系统的、深刻的对冲击地压进行研究具有重要的理论意义和实际意义。

关键词：煤矿冲击；地压；防治措施；

1冲击地压具有以下明显的显现特征

1）突发性。没有明显的宏观前兆而突然发生，过程短暂（持续几秒到几十秒），难以事先准确确定发生时间、地点和强度。2）瞬时震动性。过程急剧而短暂，伴有巨大声响和强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地面有震感，但震动持续时间一般不超过几十秒。3）巨大破坏性。顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落；底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷道，损坏设备。造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。4）复杂性。在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200-1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄到厚，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过冲击地压。

2对冲击地压产生的理论分析

2.1强度理论

早期的理论表示采场周围应力集中现象较严重，煤岩所承受的应力达到极限时，岩体突然被破坏即产生冲击地压。近代理论则认为，高应力的突然变大或阻力突然减小会使煤体产生突然的运动破坏，煤体发生抛射，形成冲击地压。所以，煤岩体的应力大于等于其系统强度是冲击地压发生的强度条件。

2.2能量理论

能量理论认为矿体与围岩释放的大量能量是冲击地压所需要的能。随着矿业活动的进行，整个系统的平衡遭到破坏时，冲击地压形成的条件是释放的能量大于消耗的能量。

2.3冲击倾向理论

煤岩介质具有破坏的能力叫作冲击倾向。冲击倾向需要用一些实验测量得到数据，这些数据反映出的冲击地压发生的可能度称为冲击倾向度。而冲击倾向度大于极限值也是冲击地压发生的条件。

2.4组合理论

当冲击倾向理论、能量理论与强度理论三者同时满足，是发生冲击地压的重要条件。我国煤矿冲击地压发生的条件是煤强度高、脆性大、顶板厚的砂岩。

2.5失稳理论

近年来，有人提出冲击地压是煤岩的一种材料失稳破坏现象。根据岩石的全程应力应变曲线，曲线可以分为四个阶段，分别为密实阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段，煤岩体经过峰值点后，煤岩体的抗变形能力骤减，在外载的作用下裂纹迅速传播和扩展，直至裂纹密集而产生贯通，介质这时处于非稳定状态。在非稳定的平衡中，一旦遇有外界的微小扰动，则有可能失稳，从而瞬间释放大量能量，发生急剧猛烈的破坏，即冲击地压。所以，介质的强度和稳定性是冲击地压发生的重要条件之一。失稳理论只提出了冲击地压是材料失稳的思想，但没有对冲击地压发生的条件进行具体分析。

3冲击地压的预测预报和防治

3.1冲击地压的预测预报

3.1.1综合指数法

是一种比较原始的预测方法，它是建立在已发生的各种冲击地压的基础上，对各种冲击地压数据进行对比分析总结，确定各种冲击影响因素的比重，然后将其综合起来，而形成的一种判断方法。该方法指出，在设计开采之初，就应该对有冲击危险性的煤层进行评定，以便减少冲击事故。此方法由于量化标准人为控制，易受感情的左右，常凭经验进行，因而量化结果很难做到客观、精确。

3.1.2数值模拟法

与综合指数法相对应的便是数值模拟法，数值模拟法是一种新兴的预测方法，它的个部二作是妇计算机来完成的，根据输入的各种参数和数学模型，由计算机计算出高低应力区域，从而明确的划分出防治的重点区域，特别是未开采区域的高应力区域划定，这种方法虽然先进并且能节省较多的资源，但这毕竟是一种相似方法，与实际情况有出入。

3.1.3钻屑法

钻屑法就是通过测量钻孔煤粉量的大小来确定相应煤体的应力状态。所以研究钻孔煤粉量便成为连接研究煤体应力状态的纽带，所以，研究煤粉量的变化与煤体应力之间的定量关系成为近代岩石力学的重要课题。这种方法便于施工，得到的数据可靠，预测预报准确率高，但是该法需要人工推进，劳动强度大，施工周期长，不适合大范围的普查。

3.1.4微震法

井下冲击地压也可称之为矿山地震，简称矿震。煤岩体受力会发生变形、破坏，在变形、破坏过程中必然伴随有响声、震动。响声和震动以声波和脉冲的形势传送，并产生声发射和应力波，这一系列波可以称之为矿震波，采用微震仪可以采集这一系列波。所以可以利用矿震波与正常的地震波相比较来对冲击地压进行预报预测。微震监测系统主要是记录矿山地震，可以对整个矿井进行微震监测，监测方便、范围较广，但是由于井下的采掘作业等大型机械较多，容易对拾震仪造成干扰，所以，此方法存在一定的定位误差，不能准去的判定冲击地压发生的局部范围。

3.1.5电磁辐射法

电磁辐射法是一种快捷简便的预测预报冲击地压的方法。在煤岩体掘进或回采过程中，煤岩体破坏发生电磁辐射现象，产生电磁辐射波，释放电磁辐射信号。不同类型煤体的电磁辐射波和电磁辐射强度信号不同，在煤岩体松散区域，应力较低，电磁辐射信号较弱，且变化幅度较小，测得的脉冲数也较少在应力集中域，电磁辐射信号变强，频率较高，脉冲数也越大，煤岩体的应力集中程度越高，电磁辐射信号和强度就越大，发生冲击地压的危险性就越人。因此可以通过监测煤体的电磁辐射信号强弱及其变化来预测煤岩体的冲击危险程度。

3.2冲击地压的防治措施

3.2.1煤层注水

煤层注水后煤的结构发生变化，致使煤的强度以及煤体弹性能的能力下降，冲击倾向性也随着减弱，有时会完全没有冲击能力。煤层注水采用的是长钻孔交叉的注水方法。顺着巷道走向的煤壁每10m留1个钻孔，并且孔长为60m，孔宽是65mm，利用封孔器进行封孔。在动压注水30h之后，动压注水换为静压注水，到巷帮湿润结束。在注水的过程中，如果遇到煤层比较坚硬，密度较大，那么在注水孔的工作完成之后，要在孔内装药进行爆破，好扩展孔壁的裂缝数量，以增大注水浸润的面积。

3.2.2煤层顶板爆破卸压

煤层较厚、顶板坚固难冒是造成冲击地压的主要原因之一，它容易积蓄大量的弹性能，在顶板破断之时，大量的弹性能瞬间释放，就会产生强烈的震动。大面积的悬空顶板会发生突然垮落，强烈冲击采场后部。采用顶板深孔爆破的方法，是为了在顶板中形成裂缝，并使原生的裂隙变大，破坏顶板结构，使顶板中积聚的大量弹性能量得到释放，冒落采空区的顶板，使顶板来压时的强度和冲击性减小，减小冲击地压带来的危害。

3.2.3大直径钻孔卸压

是在煤岩体的应力集中区域或着是应力集中可能发生区域，布置直径大于95mm的钻孔，利用钻孔周围破坏区煤体变形或者钻孔冲击带来的大量煤粉，不断扩大钻孔周围煤体破坏区，以起到预卸压的作用。大直径钻孔每2m布置一组，回风巷和运输巷都要布置在煤壁侧的巷底或巷帮。

3.2.4煤体爆破卸压

煤体卸压爆破主要是为了破坏煤体强度、减少煤体的冲击倾向性、降低煤体的振动释放能量，以此形成冲击地压的煤体阻隔带，以便于高应力向煤体深部转移。当深部发生地压冲击时，这个松散带就会产生吸收缓冲的作用，以此降低冲击波对巷道的破坏力，煤体爆破卸压钻孔5m就需要布置一组，并且钻孔直径为65mm，孔深达到20m，采用双导爆索引导爆破。

参考文献：

[1]谭云亮，吴士良，尹曾德，宁建国.矿山压力与岩层控制[M].煤炭工业出版社，2008.

[2]赵从国，窦林明.波兰冲击矿压防治方法研究[J].江苏煤炭，2004（2）.