矿井冲击地压的预测与防治

世界上几乎所有国家都不同程度地受到冲击地压的威胁。1783年英国首先报道了煤矿中所发生的冲击地压现象。之后在前苏联、南非、德国、美国、加拿大、印度、英国等几十个国家和地区，冲击地压现象也时有发生。

在中国，冲击地压最早于1933年在抚顺胜利煤矿发生。随着我国煤矿开采深度不断增加，开采强度不断加大，冲击地压矿井分布越来越广，北京、抚顺、枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区多次发生冲击地压事故并导致人员伤亡。据不完全统计，国有矿井中有冲击地压纪录的达150多个。随着开采向深部转移，冲击地压问题将更加严重、更加突出、更为普遍。

由于冲击地压问题极为复杂，国内外目前尚未建立比较符合实际的冲击地压发生及破坏过程的理论，因而冲击地压的预测、预报及防治并不完备

一、冲击地压的概念、分类

（一）冲击地压的概念

冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象。冲击地压常伴随有很大的声响、岩体震动和冲击波，在一定范围内可以感到地震。冲击地压发生时，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象，具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。

（二）冲击地压的分类

根据冲击地压的显现强度可分为三类。

1.弹射。一些单个碎块从处于高应力状态下的煤或岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。

2.矿震。它是煤、岩内部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏，煤、岩并不向已采空间抛出，只有片带或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生矿尘。较弱的矿震称为微震。

3.弱冲击。煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设备基本上没有损坏；围岩产生震动，一般震级在2.2级以下，伴有很大声响；产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。

4.强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘并产生冲击波。

二、冲击地压的特点及预测方法

（一）冲击地压的特点

1.一般没有明显的预兆，难于事先确定发生的时间、地点和冲击强度；

2.发生过程短暂，伴随巨大声响和强烈震动；

3.破坏性很大，有时出现人员伤亡。

（二）冲击地压的预测方法

目前，冲击地压的预测方法主要有以下几种：

1.钻屑法

钻屑法是通过在煤体中打小直径钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律以及钻孔过程中的动力现象鉴别冲击危险的一种方法，目前在我国应用较普遍。钻屑法是我国《煤矿安全规程》规定采用的冲击危险程度监测和解危措施效果检验的主要方法。

2.声发射和微震监测方法

声发射监测的过程主要是对冲击地压前兆信息的统计，冲击危险的判别依据是能率、事件频度及其变化规律，单个声发射事件的幅度、延续时间、频率等参数作为判别冲击危险的参考指标。

3.综合指数法

综合指数法是在进行采掘工作前，首先分析影响冲击地压发生的主要地质和开采技术因素，在此基础上确定各个因素对冲击地压的影响程度及其冲击危险指数，然后综合评定冲击地压危险状态的一种区域预测方法。

三、冲击地压的危害

冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一，发生前一般没有宏观预兆，而是以突然、急剧、猛烈的形式将煤岩体抛出，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞，常导致施工人员被砸伤、摔伤、挤伤，甚至由于巷道堵塞窒息死亡。目前，我国煤矿开采深度不断增加，冲击地压灾害也呈现越来越严重的发展态势，给煤矿安全生产和广大煤矿职工的生命安全造成了极大的威胁。

事故案例：2001年1月6日和12日抚顺老虎台矿的两次2.8级冲击地压造成4人死亡36人负伤，采区被迫关闭，采煤机、液压支架和运输机等采运机械及附属设备均未能撤出，毁坏巷道300余米，直接经济损失超过亿元；2011年11月3日，河南省义马千秋煤矿发生一起重大冲击地压事故，巷道发生严重的挤压垮冒，造成10人死亡。

通过以上事故看出冲击地压的危害之大。

四、冲击地压发生的条件及地点

（一）冲击地压发生的条件

1.煤层或围岩具有冲击倾向性。

2.围岩及煤层处于高应力环境。

一般情况下，开采深度超过700m的矿井，煤层和围岩具有冲击倾向性。但并不是说开采深度小于700m的矿井就不会发生冲击地压，一项调查研究表明，在我国，发生冲击地压的最小采深为280－540m，平均为380m。也就是说浅井也有发生冲击地压的可能性，只是发生的概率较低而已。

（二）冲击地压易发的地点

1.活动性断层

较大的断层处上下两盘黏结力差，受地质运动及放炮震动的影响极易引发错位，造成冲击地压。

2.煤层厚度急剧变化处

煤层厚度急剧变化的地方会造成应力分布不均匀，必然会形成应力集中的地方，引发冲击地压。

3.孤岛煤柱内

孤岛煤柱两侧或三侧为采空区，回收煤柱过程中极易造成应力集中。

4.上层较大煤柱的下方采掘工作面。

5.采煤工作面附近的巷道内；面向采空区推进的工作面；距采空区不足40m的工作面。

6.在大面积悬顶的采空区与煤柱交界附近也易于发生较强烈的顶板断裂型冲击地压。

五、冲击地压的防治

虽然冲击地压频频发生，但并非不可抗拒，可以采取一定的技术措施超前预防冲击地压的发生。

（一）优化采场布置，减少煤柱留设，各煤层、水平、阶段、采区应按合理顺序开采，避免相向回采或形成孤岛煤柱。

（二）开采解放层，先开采没有冲击危险的煤层，借以释放有冲击危险煤层的压力。

（三）顶板和煤层预注水，煤层注水可以使煤体湿润改变其物理力学性能，减小弹性，增大塑性，阻碍煤层弹性能的积聚，从而降低冲击地压的危害程度。

（四）超前松动爆破，在煤体或围岩高应力区钻眼爆破，产生裂隙，使应力沿着裂隙得以释放。

（五）钻孔卸压，在工作面顶板上施工钻孔，给围岩膨胀空间，借此释放其弹性势能。

（六）采空区强制放顶，避免因产生大面积悬顶，发生重力型、顶板断裂型冲击地压。

（七）加强支护，有冲击地压危险煤层的巷道保证足够的支护强度，提高其抗变形冲击能力。

其他还有清理、支护、衬砌、灌浆加固等，其中最有效的措施是开采解放层。