我国煤矿冲击地压研究现状综述

【摘要】冲击地压是威胁煤矿安全生产的重要灾害之一。分析了冲击地压的发生条件；针对冲击地压带来的灾害性后果，对我国目前普遍采用的钻屑法、电磁辐射法和微震法等进行了简要介绍；最后概括出了我国目前在冲击地压研究领域存在的一些问题并就这些问题的解决对未来的研究发展进行了合理的展望。

【关键词】冲击地压 冲击地压分类 发生条件 预警技术 不足与展望

1、引言

煤矿开采中的自然灾害众多，作为一种强烈的动压显现现象，冲击地压已成为威胁煤矿安全开采的重要灾害之一。冲击地压是以抛出煤岩体的形式释放变形能，具有突发性和猛烈性的特点，会造成支架损坏、片帮冒顶、人员伤亡，伴随着巨大的响声和岩体震动可能诱发煤与瓦斯突出、煤层自燃发火、冒顶等次生灾害，造成更为严重的后果[1-2]。冲击地压的监测与掌控问题相当复杂，而其造成的破坏又是相当巨大的，很多发达国家都由于其巨大的灾害性都选择了关闭冲击地压的矿井，而我国由于能源结构的问题，必须对冲击地压进行研究。随着煤矿开采深度的增加，地质构造更加复杂，冲击地压的显现形式和破坏规模都有增大的趋势，目前对于冲击地压的研究过于离散化，难以形成一定的标准，使得冲击地压矿井尤其是新出现冲击地压的矿井难以选择合适的方法解决冲击地压问题。因此，如何有效地预测和治理冲击地压已经成为制约我国矿山安全生产的一项亟待解决的难题[3-4]。

2、冲击地压的发生条件分析

2.1 冲击倾向性

煤层的冲击倾向性理论最早是由欧洲学者提出的，我国的科研工作者根据我国煤矿的实际资料选择了其中的弹性能、动态破坏时间和冲击能3个指数，同时又结合近年来我国煤矿的实际试验得出的单轴抗压强度总共4个指标作为冲击倾向性的指标，尤其对于顶板的岩层，还增加了弯曲能量指数[5-6]。近年来，我国科研人员在冲击倾向性指标的前提下，又提出了通过冲击危险性系数来评价冲击地压发生可能性的方法，主要是又添加了煤体的受力状态，该方法也得到了众多专家学者的认可。

2.2 地质影响因素

通过对国内有发生冲击地压矿井的大量资料的查阅，可以得出岩层条件是诱发冲击地压的主因，主要包括了坚硬厚层顶板、大倾角、煤厚变化及天然地震等，同时，地质构造也是诱发冲击地压的不可忽略的因素。在煤矿的开采过程中，由于破坏了原有的应力平衡状态，使得应力重分布过程中弹性能得以突然释放，从而诱发冲击地压或矿震。

2.3 开采技术因素

在煤层的开采过程中，由于开采技术及回填条件等的限制，会形成孤岛煤柱，传统的打眼放炮会形成巨大的震动，容易诱发冲击地压。

3、煤矿冲击地压监测预警技术发展现状

分析煤矿冲击矿压的形成机理及其主要特征，减少和杜绝煤矿冲击矿压灾害的发生，对提高煤矿的安全生产具有重要意义，因此，建立合理的煤矿冲击矿压监测预警系统，对矿压灾害事故防治很有必要。

针对目前煤矿岩体动态稳定控制现状，基于岩层运动与围岩应力场理论，结合煤岩冲击压力预测与治理等技术手段，在理论研究与实际工程经验的基础上逐渐形成了以钻屑法、电磁辐射法和微震法等方法的冲击矿压矿震监测系统[9]。

（1）钻屑法。钻屑法是目前我国冲击矿压前兆探测最基本的一种监测手段。在煤炭开采过程中，现行的规范中《冲击地压煤层安全开采暂行规定》和《煤矿安全规程》中都将该方法作为确定冲击矿压危险程度及其防治措施效果的检验方法，并取得很好地效果。该方法的主要优点在于实施简单方便，能直接反映煤层岩体体压力大小，通过不同深度的取屑，可以测量煤层岩体在不同深度的压力状态。但是由于该方法探测范围有限，打钻工程量大，人工操作存在较大误差等，不能实现在线监测，故不能在复杂地质条件中得到有效推广。

（2）电磁辐射法。电磁辐射法是一种非接触式探测方法，近年来，该方法在我国冲击矿压监测中得到广泛应用。该方法的主要优点在于电磁辐射检测仪方便携带，不需要安装，可以直接挂靠在巷道煤壁，通过在整个巷道煤壁布置电磁辐射检测仪就可以实现对整个矿井冲击矿压的在线监测。

（3）微震法。煤矿井下煤体和采场岩石是一种应力介质，当其受到顶底板压力时，煤体和围岩就会变形破坏，同时将伴随着能量的释放，微震则为这种释放过程的物理效应之一。在实际工程测试中，当煤岩体在弹性压力变形破坏的过程中，会产生以较低频率（f

4、目前存在的主要问题及今后研究方向展望

4.1存在的主要问题

（1）基础理论研究不够，缺乏指导意义的理论。空洞的理论研究造成冲击地压发生机理、监测手段与防治方法之间的相互断层脱节。

（2）对于灾害的评价机制不健全，不能对灾害发生的可能性做出准确的判断。

（3）对于冲击地压的监测受到设备适用性及操作人员水平的限制，而且在设备使用上缺乏规则或理论指导。

（4）没有采取积极的防治措施，在灾害发生后或即将发生时才采取措施的方式太过被动，不能从根本上避免冲击地压的发生或降低其造成的损失。

（5）实际生产同灾害防治之间的矛盾。煤矿过分重视产量和经济效益，忽视冲击地压的监测和防治；现场指挥人员个人素质和专业素养低下，墨守成规不能做到随机应变。

（6）行业安全监管部门技术力量薄弱。监管部门缺乏素质过硬的技术人才导致技术水平低下难以对冲击地压的形成和发展做出及时的判断。

（7）煤矿安全中关于冲击地压的法律法规不健全，不能与时俱进，导致对于冲击地压的监测和防治做不到有法可依，过分依赖个人经验和感觉，容易导致事故的发生，所以急需制定新的冲击地压规范以及相关法律法规。

4.2研究方向展望

（1）对于冲击地压，我国煤矿出于经济效益的考虑，一般都忽略了其基础概念和理论的研究，而是重点放在了对于灾害的防治上。为了尽可能减小冲击地压带来的灾害，我们今后的重点应放在冲击地压发生机理的研究上，进而向防治延伸。

（2）目前对于冲击地压的预评价方法还依赖于人为经验，钻屑法、应力计法等只是针对某些点的观测，无法实现区域化的覆盖。所以冲击地压的数字化区域监测技术和量化的科学的预评价体系的建立也将是今后冲击地压的一个重点研究方向。

（3）对于深部开采区，冲击地压的防治重点应是积聚弹性能的量化以及转化研究，因此需要理论基础创新和专门的现代化精密仪器研发。

（4）对于存在巨厚岩层顶板的矿井，虽然目前已知巨厚岩层顶板是冲击地压的主导隐患，但目前的技术尚不能方便、高效的将其切割或预裂，所以对于巨厚岩层顶板的有效处理亦将是今后的研究重点。

5、结论

（1）影响冲击地压发生的因素主要有煤层本身的冲击倾向性，地质影响因素和煤矿的开采技术因素等。

（2）限于技术，目前对于煤矿的冲击地压还是以预警为主，常用的预警方法主要有钻屑法、电磁辐射法和微震法三种。

（3）未来我国煤矿冲击地压的研究应从概念级别入手，延伸到理论、技术及设备仪器方面，使冲击地压的研究从发生机理、监测预警到防治手段都具有较强的实用性，更好地指导我国煤矿冲击地压的问题。

参考文献：

[1]顾士坦，土春秋，顾士彬，等.矿井冲击地压信息识别与预报方法的研究进展[J]山东科技大学学报（自然科学版），2011， 30（2）： 9-13

[2]谭云亮.矿山压力与岩层控制[M]北京：煤炭工业出版社，2011.

[3]齐庆新，窦林名.冲击地压理论与技术[M]徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[4]土宏伟.长壁孤岛工作面冲击地压机理及防冲技术研究[D].北京：中国矿业大学，2011.

[5]工淑坤，齐庆新.我国煤岩冲击倾向研究的进展[J].煤矿开采，1998. 3（3）：30-32. [6] 李纪青，齐庆新，毛德兵，等.应用煤岩组合模型方法评价煤岩冲击倾向性探讨[J].岩石力学与工程学报，2005.24 （S1）：4805-4810.