冲击矿压对矿井生产的影响及其控制

摘要：冲击矿压是矿井巷道和采场周围煤岩体由于变形能的释放而产生以突然、急剧、猛烈破坏为特征的特殊的矿山压力现象。显然，冲击矿压是威胁矿山开采安全的一大隐患，直接威胁着煤矿的生产和人员及财产的安全，并随开采深度的增加，此类灾害有加重的趋势。因此，揭示煤层开采后采场出现强烈矿山压力显现的形成机制，采取有效措施弱化和控制矿山压力显现强度，对矿井安全采煤具有十分深远的意义。

关键词：冲击矿压；矿井生产；影响；控制

中图分类号：C35文献标识码： A

冲击矿压属于煤矿开采过程中的一种煤岩动力现象，这种现象发生在矿井巷道和采场附近煤岩中的能量突然释放，造成井下发生剧烈的爆炸，产生的动力将煤岩抛向巷道，并且产生巨大震动将煤岩体破坏，井下设备损坏，井下人员受伤，巷道坍塌等。还可能引起例如:瓦斯爆炸、地面建筑物破坏、水灾、火灾等，是影响煤矿安全的重大事故之一。随着煤矿开采的深度不断加深，冲击矿压发生的概率也越来越高，造成的安全威胁也将增大。因此，研究冲击矿压的影响因素及防治措施对提高煤炭安全生产十分关键。

一、冲击地压的突出特点

(1)突然性。冲击地压发生前，一般没有明显预兆，突然发生过程短暂，很难在事发前确定发生的地点、强度和时间。

(2)冲击强度大。煤岩体内所积聚的弹性因突然释放所产生冲击波非常强大。伴有巨大的声响和强烈的震动，造成电机车等重型设备被移动或歪斜，人员站立不稳被弹起或被冲击波冲倒，震动波及范围可达几千米甚至几十千米，一般震动持续时间不会超过几十秒。

(3)破坏严重。冲击地压发生时，常导致顶板下沉、底板突起或两帮煤岩体塌落。据事故现场观测，冲击地压造成煤帮抛射性塌落，多发生在煤帮上部到顶板的一段，越靠近顶板塌落越深，强烈冲击时，塌落深度可达1.5m～2.0m。在煤岩体浅部发生冲击时煤体发生移动，煤体移动时在顶板接触面上留有明显的冲击擦痕。底板鼓起导致导轨扭曲变形。冲击地压发生后，冲击源附近巷道会变形严重时，甚至被堵死。

(4)复杂性。在煤层赋存条件上，除褐煤以外的各煤种均冲击记录，开采深度在200m以下，地质条件划分从简单到复杂，煤层厚度从薄到厚，煤层倾角从水平到急倾斜，顶板岩性砂岩、灰岩、页岩等都发生过冲击矿压。回采工艺不论水平、炮采、机采、综采全部垮落法或水力充填等各种采煤工艺都发生过冲击地压。

随着，开采深度的增加，矿井的开采条件越来越复杂，冲击地压所造成的矿井灾害也日趋严重。所以深入探讨发生冲击地压的影响因素，有针对性地采取预测和预防措施是十分必要的。

二、冲击矿压影响因素

(一)开采深度

煤岩体应力与煤矿开采深度成正比，因此开采越深发生冲击矿压现象的概率也就越大，应该引起我们足够的重视。其中，冲击矿压的发生有一个临界深度值，据研究表明，当开采深度小于350m时，不会发生冲击矿压现象;当开采深度在350～500m之间时，发生冲击矿压的概率也相对增加;当大于500m时，冲击矿压的发生概率急剧增大。

(二)地质构造

在地质构造不同的地区，煤矿中通常存在断层、褶曲等地质构造带。通过研究得出，冲击矿压通常发生在向斜轴部，特别是在地质构造变化大的部分，煤层褶曲及断层，煤层倾角变化带附近，这些区域由于应力较为集中，有产生大量弹性形变的趋势，因此冲击矿压也最易发生。

(三)煤层和顶底板的力学特性

冲击矿压还与煤层的冲击倾向有关，煤的强度高，较小的应力就能引起冲击矿压，相反来说，煤强度小时，引起冲击矿压所需的应力较大。因此，煤质中硬或存在裂隙相对于不发育的煤产生冲击矿压要强。由此可知，将软煤体转换成离散体或塑性时，可以有效防止冲击矿压的发生。此外煤层的厚度也是影响冲击矿压发生的一个因素，煤层越厚，所产生的局部应力也就越大，如发生冲击矿压，造成的破坏也就更强。根据研究，顶板岩层厚且硬度大易积聚更多的弹性能且不易冒落，这就增加了发生冲击矿压的概率。煤层上100m范围内的岩层是影响冲击矿压发生的区域，且厚大的砂岩层起主要作用。

(四)采煤方法

冲击矿压大多数发生在巷道(72.6%)，采场则较少(27.4%)。残采区和停采线对冲击矿压发生影响较大。从统计结果看，89%的冲击矿压发生在残采区，停采线，断层区域或煤层超采的地方。(1)开采设计和开采顺序。当在几个煤层中同时布置几个采面时，采面的布置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。冲击矿压经常出现在采面向采空区推进时；在距采空区15m～40m的应力集中区内掘进巷道；两个采面相向推进时及两个近距离煤层中的两个采面同时开采时。(2)上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响。上覆煤层工作面的停采线和煤柱形成的应力集中对下部煤层造成了很大的威胁，是冲击矿压得危险性有很大的增加。(3)采空区的影响。当工作面接近已有的采空区，其距离为20m～30m时，冲击矿压危险性随之增加。(4)开采区域的影响。在煤层开采面积增加的情况下，岩体的震动能量也随之增加。研究表明，当开采面积为3万m2时，释放的单位面积的震动能量为最大。

三、冲击矿压防治措施

(一)全面防治措施

(1)开采技术合理

开采方法的合理安排能够有效避免能量积聚和应力的过分集中，是防止冲击矿压形成的有效措施。在地质构造复杂，冲击矿压发生概率大的区域，通过合理的采场布置后，将会大大降低了发生冲击矿压的危险。

(2)开采保护层

由于煤层的开采受上下煤层的影响较多，因此，在设计阶段应规划好煤层群的开采顺序，先开采不易发生冲击矿压的区域，减少安全区域对危险区域的影响，降低危险区域煤层发生冲击矿压的可能性。

(3)煤层预注水方法

煤层预注水的目的主要是降低煤体的弹性和强度。通过注水，人为的在煤岩内部造成一系列的弱面，使相邻巷道、采煤工作面的煤岩层边缘区内部粘结力降低，使其软化，降低了煤的强度，增加塑性变形能量，降低岩层其弹性，减少其潜能。注水后，煤的湿度平均增加1.0％～2.2％时，可使其单向受压的塑性变形量增加13.3％～14.5％。

(4)厚层坚硬顶板处理

通常采用的处理方法包括顶板注水软化法和爆破断顶法。顶板的厚度过大且较为坚硬容易产生冲击矿压，原因是回采工作面上方厚层坚硬老顶的大面积悬顶和冒落，将会导致煤层和顶板内的应力过于集中;另一个原因为工作面上下平巷附近暴露的岩石，易发生周期性的压力增大和无规律垮塌，这都会给工作面顶板管理和巷道的维护提出更高的要求。

(二)局部防治措施

(1)卸压爆破

爆破卸压是一种特殊爆破，它是在确保安全的条件下，用爆破方法使煤层产生裂隙松动，释放煤层积聚的应力能量。爆破卸压的主要任务是爆破炸药，形成强烈的冲击波，使得煤、岩体产生裂隙破坏，分为卸载爆破和诱发爆破两种方式：一是卸载爆破。是在高应力积聚区附近施工钻孔，钻孔深度一般在大于5m，在钻孔中装药爆破，爆破后压力峰值区的形状被产生位移、压力被分散、减小。爆破深度越接近支承压力带峰值位置，效果越好。二是诱发爆破。目的是在有冲击地压危险的高应力集中区域，进行预先设计的大药量、高强度的爆破，诱发冲击地压。诱发冲击地压跟在采掘活动时产生冲击地压的危害程度是不同的，诱发冲击能避免对人员安全的威胁。

(2)主动爆破

主动爆破是在线监测发现要发生冲击矿压的区域，主动利用足量的炸药将其先爆破，诱发冲击矿压的发生，从而避免突然发生冲击矿压，给矿井造成更为巨大的影响。

(3)钻孔卸压

在应力集中区煤岩层中施工钻孔，使钻孔周围的煤体受力状态发生变化，破坏应力集中区的煤、岩层整体性，使煤体卸载，让煤层支承压力的分布发生变化，压力峰值会向煤体深部转移，释放积聚在煤、岩层中的弹性能。卸压效果可根据应力及岩性具体情况，通过采用不同直径钻杆或控制卸压区钻孔的疏密程度来控制。支承压力愈高，钻孔的破坏范围愈大，煤层积聚的应力愈高，直径卸压的效果越理想。

(三)预测措施

冲击矿压的预测主要包括时间、地点及规模。目前主要采用的方法有数值模拟分析法、综合指数法、钻屑法、振动法、微震法、重力法等。以上方法均可较好的预测发生冲击矿压的区域，准确的预测震动释放多少能量和矿压发生的具体强度。

(四)组织管理措施

对于参与冲击矿压预防和预测的工作人员，应定期组织冲击矿压基础理论知识的培训及操作指导，熟悉如何预防冲击矿压发生的基本知识。此外，在冲击矿压容易发生区域，相关作业人员应佩戴防护装备，防止突发冲击矿压时对人身造成更大的伤害。对于井下常用的仪器设备进行必要的固定工作，并将不用设备及时清理出去，防止冲击矿压发生时，设备对人身安全的威胁。

结语

煤矿开采过程中，冲击矿压现象的危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重。尤其是同煤集团的一些矿井开采边角煤、保护煤柱的条件下，开采中更易发生冲击矿压，造成严重的自然灾害。但是，我们在掌握其成因和机理，并了解影响其发生因素的基础上，在现有的技术水平下，通过对冲击矿压认真地测定，并针对具体情况采取有效的防治手段，完全可以消除或大大减少冲击矿压事故，确保煤矿正常有序的生产。

参考文献

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