煤矿冲击地压风险分析与控制技术

煤矿冲击地压风险分析与控制技术

王方方王兆义

王方方王兆义

肥矿集团梁宝寺有限责任公司山东省济宁市272400

摘要：随着煤矿开采深度增加、开采条件复杂等各种情况的相互叠加，这些原因加大了冲击地压发生的可能性，严重威胁煤矿的安全生产，认清冲击地压的机理和影响因素迫在眉睫。

关键词：煤矿；冲击地压；风险分析；控制技术

1冲击地压的形成及特点

1.1冲击地压的形成原理

煤矿冲击地压是一个动态产生的过程，其现象就是能量的自由释放。当脆性煤体的极限平衡状态被破坏时，会向自由的空间释放出能量，瞬时破坏高爆源分区的脆性煤层。冲击地压的爆发方式可分为动态类型、构造应力类型及中间型;根据范围的大小可分为局部爆发和大面积爆;根据爆发点分类可分为点爆和巷爆。冲击地压爆发时的特点是，煤石大量脱落，设备震动倒塌，矿层脱落移位，煤体弹性振动，产生极大的噪音。同时，煤矿冲击地压爆发没有明显的迹象，对规避风险造成了极大的困扰。冲击地压的爆发对于煤矿的生产和秩序维护都造成了很大的破坏，严重时还会造成巨大的财产损失和人员伤亡。

1.2冲击地压的分类

冲击地压按形成原因可分为三种:滑动错移型地压、结构性冲击地压、煤体压缩性冲击地压。滑动错移型地压是指煤层经过长时间的人为开采后，煤层表面的煤体刚度与内层煤体刚度不符，从而导致煤层移动错位产生冲击地压;结构性冲击地压是因作业环境周围的岩层由于开采时受力不均或悬顶大面积断裂引发矿震，从而导致井巷坍塌，2008年曾发生的一起冲击地压事故，就是煤柱发生冲击，从而导致140m长的隧道全部倒塌，造成了严重破坏;煤体压缩性冲击地压一般都局于一点，破坏范围不超过15m，相对来说破坏力较小。

冲击地压根据发生的地点和位置分类的区别可分为两种:煤体冲击、围岩冲击。煤体冲击发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表面、浅部和深部冲击，不同的深度和强度有不同的破坏程度。围岩冲击发生在顶底板岩层内，有顶板冲击和底板冲击。对不同类型的冲击地压的研究，有助于进行更好的防治研究。

2煤矿冲击地压风

2.1自然风险

自然风险是煤矿生产过程中的固有风险，是导致事故发生的能量主体，是事故的本质和前提。自然风险是煤矿生产过程中客观存在的，一般不可避免或难以避免，可以控制，却无法消除。

1）开采深度。随着开采深度的增加，煤岩体的自重应力和积聚的弹性能随之增大，发生冲击地压的风险也就随之增大。

2）地质构造。国内外的生产实践证明，复杂特殊的地质构造状况影响了原岩应力分布，增加了煤矿冲击地压风险。容易引发冲击地压的地质构造风险因素主要有：褶曲、断层、煤层倾角和厚度局部突然变化带、构造变化带、构造应力带等，尤其是向斜轴部。

3）煤岩特性。煤层和顶底板围岩性质及特征也是引发冲击地压的主要风险因素。坚硬、厚层、整体性强的顶板（基本顶）易形成冲击地压；直接顶厚度适中、与基本顶组合性好、不易冒落，冲击危险较大；顶板来压时，容易发生冲击地压；煤的强度高、厚度大、弹性模量大、含水量低、变质程度高、暗煤比例大，一般冲击倾向性较强。

2.2人为风险

1）开采技术。煤矿生产过程中开采技术是关键，决定着产量、进度，也决定着煤矿本身的安全状况。对于具有冲击危险性的矿井，开采技术不合理就会造成应力集中，人为的增加冲击地压风险，开采技术风险主要涉及开采设计、开采方法、工作面布置、煤柱等方面。容易造成应力集中、增大冲击地压风险的开采技术因素主要有：开采多煤层时，开采程序不合理、相邻2层开采错距不合适等；巷道和回采工作面相向推进、工作面向采空区或断层带推进、在支承压力带内掘进巷道；短壁采煤法造成巷道多、交叉多、煤柱多；开采布局不合理形成孤岛煤柱、留设不规则煤柱、开采煤柱等。国内外大量实践表明，冲击地压往往伴随着煤矿采掘的某些小工序而发生，在进行放炮、打钻或采掘工作等工序时会局部改变煤体的应力状态，成为冲击地压事故的触发因素。

2）组织管理。组织管理不合理也会增加冲击地压风险，并且在事故发生后会造成重大伤亡和损失。组织管理因素主要涉及人员组织、技术装备、防治措施、应急处理等方面。从生产实践来看，生产的集中化程度越高，越容易引发冲击地压；投资和支护技术装备不到位，工作人员的“三违”行为，监测预报设备和防治措施不可靠，事故应急措施不合理等，都会间接地增大冲击地压风险。

3煤矿冲击地压风险控制对策

煤矿开采过程中的风险是客观存在的，自然风险和人为风险的交叉是事故出现的前提，自然风险是固有的，人为风险是可控的，触发因素是随机的，解危措施是必须的。从事故预防的角度来看，要避免事故发生就要避免自然风险和人为风险的交叉，这样就需要对自然风险和人为风险所涉及的各个风险因素进行预先控制，降低固有的自然风险，减少不必要的人为风险

3.1自然风险控制

煤矿的开采深度和地质构造是由原始的地质运动造成的，是人力无法改变的，对其风险控制策略是回避风险或自留风险，即避开有风险的开采深度或特殊地质构造进行生产，或者承担由开采深度或特殊地质构造带来的风险，采用其他方法来回避或转移风险。例如，在褶皱构造区采用从轴部开始回采的方法；有断层时采用从断层开始回采的开采程序等。煤岩特性虽然也是固有的自然风险因素，但是在煤矿采掘过程中可以通过人为手段改变相应的煤岩性质，对其风险控制策略是预防风险，即通过相应的技术手段降低局部煤岩的应力集中、能量积聚和冲击倾向性。例如，采用爆破手段使岩体卸压；采用注水软化手段，增加煤的湿度，降低煤的弹性和强度。

3.2人为风险控制

不同的开采方法和巷道布置方式所产生的矿山压力分布规律有所不同，对其风险控制策略是回避风险或预防风险，即通过科学合理的开采技术在生产工作进行之前就尽可能的回避某些人为造成的风险因素，无法回避的风险就做好事故预防从而减轻风险。例如，开采有冲击危险的煤层时应采用不留煤柱垮落法管理顶板的长壁开采法；将巷道布置在邻近层停采线影响范围之外或者巷道与停采线垂直；先开采冲击倾向性弱、能卸压的煤层；采区工作面应避免相向开采造成应力叠加。

组织管理是防治冲击地压、减少事故损失的后备措施，也是最后的关键环节，对其风险控制策略是预防风险、转移风险和储备风险，即通过监测监控、教育培训和应急救援等手段来降低由冲击地压事故所导致的损失。例如，利用钻屑法、微震法、声发射法和电磁辐射法等预测预报手段来加强冲击地压的监测预报；工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架，设置专用的护架和保护板；对工作人员加强教育培训和制度约束，避免“三违”行为；加大灾害防治和个体防护等方面的投资，制定相应的应急预案，事故发生后进行紧急撤离或相应救护；可以把保险引入到煤矿安全生产中来，转移煤矿企业风险。

结束语

冲击地压是目前煤矿面临的最严重灾害之一，因其具有发生原因复杂、影响因素多、突发性和巨大破坏性的特点，涉及到很多的不确定性和不确知性，使煤矿深部开采工作存在着很大的风险。随着我国煤矿逐渐进入深部开采，大量的冲击地压事故经常造成重大的人员伤亡和经济损失，一系列的问题需要去深思和研究。

参考文献：

[1]翟明华,姜福兴,齐庆新,郭信山,刘懿,朱斯陶.冲击地压分类防治体系研究与应用[J].煤炭学报,2017,42(12):3116-3124.

[2]李伟涛.浅议煤矿冲击地压的影响因素和防治措施[J].科技与创新,2017(08):96.

[3]张鹏.煤矿冲击地压的特点与防治策略[J].内蒙古煤炭经济,2017(Z2):84+117.

[4]朱斯陶.特厚煤层开采冲击地压机理与防治研究[D].北京科技大学,2017.