新興礦沖擊地壓機理分析

舒彥民+劉永立+秦濤

摘要： 在煤礦生產中，多方面的原因都有可能造成沖擊地壓的產生，為了對其進行有效的控制，首先要掌握其發生的機理。本文以新興礦為例并結合現場的實際情況分析了新興礦產生沖擊地壓的機理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

關鍵詞： 沖擊地壓；巖石性質；應力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新興礦沖擊地壓統計分析

自2007年6月22日以來，新興礦工作面發生的沖擊地壓次數為：41051工作面發生兩次，41061工作面發生七次，41062工作面發生55次，41081工作面發生七次，如圖1所示。其中41051、41061和41081工作面的沖擊地壓均發生在工作面上，而41062工作面發生的沖擊地壓分別在上巷和工作面上的次數各為29和26。對四個工作面的沖擊位置進行統計發現，發生在上巷和工作面的次數分別為29和42，分別占40.8%和59.2%。

2 新興礦沖擊地壓影響因素分析

2.1 煤巖層沖擊傾向性 煤巖層的沖擊傾向作為產生沖擊地壓的必要條件，通過測定煤巖層的沖擊傾向性能夠對煤巖層是否積聚大量能力以及在破壞瞬間的釋放屬性做出有效的判斷。

表1為新興煤礦不同開采層的煤巖沖擊傾向性鑒定結果，此結果表明：六采區的58層煤巖的煤層具有較大的彈性能和沖擊能，由于動態破壞時間較短從而表現為強沖擊傾向性。此外，58層的頂板和底板巖層也具有較大的彎曲能量，且表現為中等沖擊傾向性。

■

2.2 煤巖含水率及浸潤性的影響

影響沖擊地壓發生的內在因素除了煤巖體的沖擊傾向性外，煤巖的厚度、強度、彈脆性、含水率及浸潤性等都是比較重要的影響因素。

從煤層的自然含水率看，具有沖擊危險性的煤層，自然含水率通常較低，最大不超過5%。新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均含水率（見表2）都很低，遠遠低于5%，這樣就使得新興礦煤巖堅硬，性脆，能很容易地積聚發生沖擊地壓所需要的彈性能。

表2 新興礦煤巖試樣自然含水率實驗結果

■

大量的研究表明，煤系地層巖層的單向抗壓強度隨著其含水量的增加而降低。同樣，煤的強度與沖擊傾向性指數也隨著煤的濕度的增加而降低。但新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均吸水率（見表3）都很低，遠遠低于5%，說明采取注水措施對降低新興礦煤巖強度和沖擊傾向性的效果不是很理想。

表3 新興礦煤巖試樣自然吸水率實驗結果

■

2.3 開采深度及地應力的影響

之所以說新興煤礦目前已經具備了發生沖擊地壓的條件，那是因為65煤層和67煤層的平均開采深度分別達到了500m和557m，這個開采深度已經達到了我國煤礦沖擊地壓頻繁發生的臨界開采深度。

此外，對新興煤礦前石門兩位置的地應力進行測試結果為：最大主應力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之間為最大主應力的分布方向；主應力與水平面的夾角為6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平應力的實測值為理論計算值的六倍以上，由此說明，新興煤礦已經具有十分明顯的構造應力場。

2.4 堅硬頂板的影響

新興煤礦的主采煤層基本為三硬條件。主采的48、49和65層煤的老頂不僅最厚而且十分堅硬，從而具備沖擊地壓的形成條件。由于該礦的主采煤層的傾角較大，從而采用下行開采順序。由于各個開采工作面上的一區段已經被采空，因此，巷道采用沿空留巷。傾斜和急傾斜煤巖層由于受到重力作用使得煤巖體跨落傾向于工作面下巷方向，因此，開采工作面上巷始終承受同層上區段采空區懸臂頂板的壓力，從而不僅增大了上巷和工作面的上隅角壓力，還增大了應力集中系數。

對于堅硬的頂板，為了減小頂板來壓時的強度和沖擊性，可以對其進行爆破，通過人為的切斷頂板促進采空區頂板冒落，從而削弱采空區與待采區之間的頂板連續性。此外，通過爆破還可以改變頂板的力學特性從而釋放頂板集聚的能量，最終達到了防治沖擊地壓產生的目的。

2.5 地應力、瓦斯壓力和采動應力的疊加影響

①地應力的影響作用。地應力作用是產生沖擊地壓的重要原因之一。在新興煤礦的地應力中以水平應力為主，最大水平應力值的實際值是理論計算值的六倍以上，因此，顯現出十分明顯的構造應力場。

②瓦斯壓力的影響作用。新興煤礦主采煤層之一的48層，存在較大的吸附性瓦斯，從打抽放鉆孔觀察來看瓦斯壓力較大。

③采動應力的疊加作用。由于采動工作面產生的采動應力和地應力疊加后，增加了工作面發生沖擊地壓的可能性。

新興礦主采48層煤的41081工作面，既有煤與瓦斯突出災害發生，又有沖擊地壓災害發生。該工作面老頂厚達10m，煤的吸附性強，吸附瓦斯大，表現在工作面割煤時，回風流瓦斯經常超限。

3 總結

總之，對沖擊地壓產生影響的因素主要包括以下四方面：

第一，地質構造：對圍巖的初始地應力場起到了決定性作用；第二，地層巖性：主要包括巖體結構、巖石強度、脆彈性質和儲能性，這些對沖擊地壓的烈度起到了決定性作用；第三，工作面的開采情況：決定了圍巖的二次應力場即次生應力的大小、分布和應力集中情況；第四，煤層的埋藏深度：對自重應力場起到了決定性作用。

參考文獻：

[1]熊俊杰.礦井沖擊地壓危險源辨識與風險評價[D].河南理工大學，2012.

[2]姜耀東，潘一山，姜福興，竇林名，鞠楊.我國煤炭開采中的沖擊地壓機理和防治[J].煤炭學報，2014（02）.

[3]王濤，王曌華，劉華博，關云鵬，詹紹建.沖擊地壓后瓦斯異常涌出條件及致災原因分析[J].煤炭學報，2014（02）.

摘要： 在煤礦生產中，多方面的原因都有可能造成沖擊地壓的產生，為了對其進行有效的控制，首先要掌握其發生的機理。本文以新興礦為例并結合現場的實際情況分析了新興礦產生沖擊地壓的機理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

關鍵詞： 沖擊地壓；巖石性質；應力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新興礦沖擊地壓統計分析

自2007年6月22日以來，新興礦工作面發生的沖擊地壓次數為：41051工作面發生兩次，41061工作面發生七次，41062工作面發生55次，41081工作面發生七次，如圖1所示。其中41051、41061和41081工作面的沖擊地壓均發生在工作面上，而41062工作面發生的沖擊地壓分別在上巷和工作面上的次數各為29和26。對四個工作面的沖擊位置進行統計發現，發生在上巷和工作面的次數分別為29和42，分別占40.8%和59.2%。

2 新興礦沖擊地壓影響因素分析

2.1 煤巖層沖擊傾向性 煤巖層的沖擊傾向作為產生沖擊地壓的必要條件，通過測定煤巖層的沖擊傾向性能夠對煤巖層是否積聚大量能力以及在破壞瞬間的釋放屬性做出有效的判斷。

表1為新興煤礦不同開采層的煤巖沖擊傾向性鑒定結果，此結果表明：六采區的58層煤巖的煤層具有較大的彈性能和沖擊能，由于動態破壞時間較短從而表現為強沖擊傾向性。此外，58層的頂板和底板巖層也具有較大的彎曲能量，且表現為中等沖擊傾向性。

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2.2 煤巖含水率及浸潤性的影響

影響沖擊地壓發生的內在因素除了煤巖體的沖擊傾向性外，煤巖的厚度、強度、彈脆性、含水率及浸潤性等都是比較重要的影響因素。

從煤層的自然含水率看，具有沖擊危險性的煤層，自然含水率通常較低，最大不超過5%。新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均含水率（見表2）都很低，遠遠低于5%，這樣就使得新興礦煤巖堅硬，性脆，能很容易地積聚發生沖擊地壓所需要的彈性能。

表2 新興礦煤巖試樣自然含水率實驗結果

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大量的研究表明，煤系地層巖層的單向抗壓強度隨著其含水量的增加而降低。同樣，煤的強度與沖擊傾向性指數也隨著煤的濕度的增加而降低。但新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均吸水率（見表3）都很低，遠遠低于5%，說明采取注水措施對降低新興礦煤巖強度和沖擊傾向性的效果不是很理想。

表3 新興礦煤巖試樣自然吸水率實驗結果

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2.3 開采深度及地應力的影響

之所以說新興煤礦目前已經具備了發生沖擊地壓的條件，那是因為65煤層和67煤層的平均開采深度分別達到了500m和557m，這個開采深度已經達到了我國煤礦沖擊地壓頻繁發生的臨界開采深度。

此外，對新興煤礦前石門兩位置的地應力進行測試結果為：最大主應力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之間為最大主應力的分布方向；主應力與水平面的夾角為6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平應力的實測值為理論計算值的六倍以上，由此說明，新興煤礦已經具有十分明顯的構造應力場。

2.4 堅硬頂板的影響

新興煤礦的主采煤層基本為三硬條件。主采的48、49和65層煤的老頂不僅最厚而且十分堅硬，從而具備沖擊地壓的形成條件。由于該礦的主采煤層的傾角較大，從而采用下行開采順序。由于各個開采工作面上的一區段已經被采空，因此，巷道采用沿空留巷。傾斜和急傾斜煤巖層由于受到重力作用使得煤巖體跨落傾向于工作面下巷方向，因此，開采工作面上巷始終承受同層上區段采空區懸臂頂板的壓力，從而不僅增大了上巷和工作面的上隅角壓力，還增大了應力集中系數。

對于堅硬的頂板，為了減小頂板來壓時的強度和沖擊性，可以對其進行爆破，通過人為的切斷頂板促進采空區頂板冒落，從而削弱采空區與待采區之間的頂板連續性。此外，通過爆破還可以改變頂板的力學特性從而釋放頂板集聚的能量，最終達到了防治沖擊地壓產生的目的。

2.5 地應力、瓦斯壓力和采動應力的疊加影響

①地應力的影響作用。地應力作用是產生沖擊地壓的重要原因之一。在新興煤礦的地應力中以水平應力為主，最大水平應力值的實際值是理論計算值的六倍以上，因此，顯現出十分明顯的構造應力場。

②瓦斯壓力的影響作用。新興煤礦主采煤層之一的48層，存在較大的吸附性瓦斯，從打抽放鉆孔觀察來看瓦斯壓力較大。

③采動應力的疊加作用。由于采動工作面產生的采動應力和地應力疊加后，增加了工作面發生沖擊地壓的可能性。

新興礦主采48層煤的41081工作面，既有煤與瓦斯突出災害發生，又有沖擊地壓災害發生。該工作面老頂厚達10m，煤的吸附性強，吸附瓦斯大，表現在工作面割煤時，回風流瓦斯經常超限。

3 總結

總之，對沖擊地壓產生影響的因素主要包括以下四方面：

第一，地質構造：對圍巖的初始地應力場起到了決定性作用；第二，地層巖性：主要包括巖體結構、巖石強度、脆彈性質和儲能性，這些對沖擊地壓的烈度起到了決定性作用；第三，工作面的開采情況：決定了圍巖的二次應力場即次生應力的大小、分布和應力集中情況；第四，煤層的埋藏深度：對自重應力場起到了決定性作用。

參考文獻：

[1]熊俊杰.礦井沖擊地壓危險源辨識與風險評價[D].河南理工大學，2012.

[2]姜耀東，潘一山，姜福興，竇林名，鞠楊.我國煤炭開采中的沖擊地壓機理和防治[J].煤炭學報，2014（02）.

[3]王濤，王曌華，劉華博，關云鵬，詹紹建.沖擊地壓后瓦斯異常涌出條件及致災原因分析[J].煤炭學報，2014（02）.

摘要： 在煤礦生產中，多方面的原因都有可能造成沖擊地壓的產生，為了對其進行有效的控制，首先要掌握其發生的機理。本文以新興礦為例并結合現場的實際情況分析了新興礦產生沖擊地壓的機理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

關鍵詞： 沖擊地壓；巖石性質；應力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新興礦沖擊地壓統計分析

自2007年6月22日以來，新興礦工作面發生的沖擊地壓次數為：41051工作面發生兩次，41061工作面發生七次，41062工作面發生55次，41081工作面發生七次，如圖1所示。其中41051、41061和41081工作面的沖擊地壓均發生在工作面上，而41062工作面發生的沖擊地壓分別在上巷和工作面上的次數各為29和26。對四個工作面的沖擊位置進行統計發現，發生在上巷和工作面的次數分別為29和42，分別占40.8%和59.2%。

2 新興礦沖擊地壓影響因素分析

2.1 煤巖層沖擊傾向性 煤巖層的沖擊傾向作為產生沖擊地壓的必要條件，通過測定煤巖層的沖擊傾向性能夠對煤巖層是否積聚大量能力以及在破壞瞬間的釋放屬性做出有效的判斷。

表1為新興煤礦不同開采層的煤巖沖擊傾向性鑒定結果，此結果表明：六采區的58層煤巖的煤層具有較大的彈性能和沖擊能，由于動態破壞時間較短從而表現為強沖擊傾向性。此外，58層的頂板和底板巖層也具有較大的彎曲能量，且表現為中等沖擊傾向性。

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2.2 煤巖含水率及浸潤性的影響

影響沖擊地壓發生的內在因素除了煤巖體的沖擊傾向性外，煤巖的厚度、強度、彈脆性、含水率及浸潤性等都是比較重要的影響因素。

從煤層的自然含水率看，具有沖擊危險性的煤層，自然含水率通常較低，最大不超過5%。新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均含水率（見表2）都很低，遠遠低于5%，這樣就使得新興礦煤巖堅硬，性脆，能很容易地積聚發生沖擊地壓所需要的彈性能。

表2 新興礦煤巖試樣自然含水率實驗結果

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大量的研究表明，煤系地層巖層的單向抗壓強度隨著其含水量的增加而降低。同樣，煤的強度與沖擊傾向性指數也隨著煤的濕度的增加而降低。但新興礦六采區58層和60層的煤層和頂底板巖層煤巖試樣的自然平均吸水率（見表3）都很低，遠遠低于5%，說明采取注水措施對降低新興礦煤巖強度和沖擊傾向性的效果不是很理想。

表3 新興礦煤巖試樣自然吸水率實驗結果

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2.3 開采深度及地應力的影響

之所以說新興煤礦目前已經具備了發生沖擊地壓的條件，那是因為65煤層和67煤層的平均開采深度分別達到了500m和557m，這個開采深度已經達到了我國煤礦沖擊地壓頻繁發生的臨界開采深度。

此外，對新興煤礦前石門兩位置的地應力進行測試結果為：最大主應力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之間為最大主應力的分布方向；主應力與水平面的夾角為6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平應力的實測值為理論計算值的六倍以上，由此說明，新興煤礦已經具有十分明顯的構造應力場。

2.4 堅硬頂板的影響

新興煤礦的主采煤層基本為三硬條件。主采的48、49和65層煤的老頂不僅最厚而且十分堅硬，從而具備沖擊地壓的形成條件。由于該礦的主采煤層的傾角較大，從而采用下行開采順序。由于各個開采工作面上的一區段已經被采空，因此，巷道采用沿空留巷。傾斜和急傾斜煤巖層由于受到重力作用使得煤巖體跨落傾向于工作面下巷方向，因此，開采工作面上巷始終承受同層上區段采空區懸臂頂板的壓力，從而不僅增大了上巷和工作面的上隅角壓力，還增大了應力集中系數。

對于堅硬的頂板，為了減小頂板來壓時的強度和沖擊性，可以對其進行爆破，通過人為的切斷頂板促進采空區頂板冒落，從而削弱采空區與待采區之間的頂板連續性。此外，通過爆破還可以改變頂板的力學特性從而釋放頂板集聚的能量，最終達到了防治沖擊地壓產生的目的。

2.5 地應力、瓦斯壓力和采動應力的疊加影響

①地應力的影響作用。地應力作用是產生沖擊地壓的重要原因之一。在新興煤礦的地應力中以水平應力為主，最大水平應力值的實際值是理論計算值的六倍以上，因此，顯現出十分明顯的構造應力場。

②瓦斯壓力的影響作用。新興煤礦主采煤層之一的48層，存在較大的吸附性瓦斯，從打抽放鉆孔觀察來看瓦斯壓力較大。

③采動應力的疊加作用。由于采動工作面產生的采動應力和地應力疊加后，增加了工作面發生沖擊地壓的可能性。

新興礦主采48層煤的41081工作面，既有煤與瓦斯突出災害發生，又有沖擊地壓災害發生。該工作面老頂厚達10m，煤的吸附性強，吸附瓦斯大，表現在工作面割煤時，回風流瓦斯經常超限。

3 總結

總之，對沖擊地壓產生影響的因素主要包括以下四方面：

第一，地質構造：對圍巖的初始地應力場起到了決定性作用；第二，地層巖性：主要包括巖體結構、巖石強度、脆彈性質和儲能性，這些對沖擊地壓的烈度起到了決定性作用；第三，工作面的開采情況：決定了圍巖的二次應力場即次生應力的大小、分布和應力集中情況；第四，煤層的埋藏深度：對自重應力場起到了決定性作用。

參考文獻：

[1]熊俊杰.礦井沖擊地壓危險源辨識與風險評價[D].河南理工大學，2012.

[2]姜耀東，潘一山，姜福興，竇林名，鞠楊.我國煤炭開采中的沖擊地壓機理和防治[J].煤炭學報，2014（02）.

[3]王濤，王曌華，劉華博，關云鵬，詹紹建.沖擊地壓后瓦斯異常涌出條件及致災原因分析[J].煤炭學報，2014（02）.