淺談煤礦沖擊地壓的成因及防治措施

文/張學銳，河南大有能源股份有限公司躍進煤礦

1 前言

有礦井工作經驗的人們都很清楚，沖擊地壓和巖爆是煤炭開采行業普遍存在的災害。從我國權威部門公開過的數據來看，僅在上個世紀的數十年間，我國煤礦企業有統計的沖擊地壓災害就有四千余次之多，造成數百人死亡和重傷的情況，還毀掉了數十公里的巷道，造成了相當嚴重的經濟損失。而在現實情況下，沖擊地壓往往會造成采掘空間中支護設備的破壞以及采掘空間的變形，嚴重時造成人員傷亡和井巷的毀壞，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。鑒于此，沖擊地壓這一典型的災害引起了科研人員的廣泛重視，多年來對于沖擊地壓的防治也取得了一定的進展，呈現出了很多理論與實踐成果。

2 煤礦沖擊地壓現象概述

沖擊地壓通常是在煤巖力學系統達到極限強度時，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導致煤巖層瞬時破壞并伴隨煤粉的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故。綜合分析我國各主要礦井所發生的沖擊地壓現象可以看出，我國沖擊地壓通常可分為煤層沖擊和巖層沖擊（按參與沖擊礦壓的巖體類別劃分），重力型、構造型、震動型和綜合型（按應力來源和加載形式劃分），彈射、煤炮、微沖擊和強沖擊（按顯現強度劃分），輕微沖擊、中等沖擊和強烈沖擊（按震級及拋出煤量劃分），一般沖擊地壓、破壞性沖擊地壓、沖擊地壓事故（按沖擊地壓的破壞后果劃分）等多種類型的沖擊地壓。但進一步分析可知，無論是哪種類型的沖擊地壓現象，均是應力作用導致煤巖體突然破壞的結果，只不過應力的來源、大小和表現形式等要素的不同而已。因此，研究和防治沖擊地壓，重要的是如何監測煤巖體應力的大小與變化，如何控制煤巖體的應力。當然，煤巖體中的應力可概括地分為原巖應力和采動應力，原巖應力不能控制，采動應力可以控制。

3 沖擊地壓發生的構成因素和特點

3.1 沖擊地壓的分類及顯現特性

煤礦沖擊地壓按產生的力源劃分，可分為動型、構造應力型和動構造應力并有的中間型三類；按礦體變形破壞范圍的大小劃分，沖擊地壓可分為局部崩落和大面積爆發兩類；按沖擊地壓發生的地點劃分，又可分為巷道沖擊地壓和工作面沖擊地壓。沖擊地壓的特征是煤壁拋射性塌落，頂板下沉或底板撇裂，板炮頻繁，煤體移動，彈性振動，設備震搬，煤塵飛揚，無明顯預兆突然爆發，伴有巨大響聲和地震，沖擊風波引起構筑物損壞，易于出現較大損失和傷亡。

3.2 發生沖擊地壓的地質及開采條件

從現實情況來看，沖擊地壓的特點是煤質較堅硬，礦體圍巖厚而堅硬，開采深度較大，采煤方法多數是沿傾斜推長壁、型、漏斗和房柱法等，少數是沿走向推進的長壁、短壁和刀柱法等，采空區處理方法多數是垮落法和多水平分區開拓。

3.3 沖擊地壓發生的地點及影響范圍

沖擊地壓多發生在采煤工作面的材料道、地質構造帶，殘留島形或半島形煤柱、三面采空的孤立采面、支承壓力升高區內。在煤壁前方130m、煤壁后方40m、煤層下限60m的范圍內，是沖擊地壓多發地點。此外，影響沖擊地壓發生的開采技術因素有采煤方法、采掘程序、頂板管理、煤柱大小、放炮等。

4 防治沖擊地壓的指導思想

4.1 改變煤巖物理力學性質

此理念目的在于減少煤巖彈性壓縮勢能的積聚，提高煤巖塑性變形能力，降低煤巖的脆性，減緩彈性能量的釋放速度。具體措施有向煤體內進行高壓注水，打卸壓鉆孔、放震動炮、開保護層等。

4.2 避免或減少采掘空間圍的應力集中

該指導思想目的在于減輕沖擊地壓破壞程度，具體的措施有適當掌握采面開采強度，降低集中應力系數加大巷道斷面和支架可縮性，減少沖擊地壓所引起的巷道圍巖變形破壞加強巷道底板控制，減緩巷道底鼓嚴格執行放炮安全措施，防止放炮誘出沖擊地壓而危及人身安全。

4.3 加強礦壓觀測

在煤礦企業安防設備及行業科技不斷發展的當下，已經可以在一定范圍和條件內做到提前預報，可以將有沖擊地壓危險的地段提前測出，其方法有微震監測、地音監測、鉆屑煤粉法及巷道變形量的觀測等。

5 煤礦沖擊地壓的防治方法

結合沖擊地壓發生的機理和防治措施的基本原理，國內外提出和實踐了眾多的防治煤巖體發生沖擊地壓和巖爆的措施。這些措施的實質就是利用各種技術途徑，人為地改變煤巖體中的應力狀態和其物理力學性質，進而達到防治沖擊發生或減少發生的次數及強度的目的。而在煤礦沖擊地壓的防治方面，目前國內外學者共同的觀點普遍認為，要防治煤礦沖擊地壓和巖土工程中的巖爆，必須從改變煤巖體的應力狀態和它們本身的物理力學性質上著手。

5.1 合理選擇防治沖擊地壓的措施

在掌握沖擊地壓顯現特征，發生沖擊地壓條件的前提下，要按照沖擊地壓發生的地點、影響范圍及沖擊地壓產生的原因對癥下藥，采取有效措施，借以減緩或防止沖擊地壓。但是，不同地方用同一技術措施的做法和效果不盡相同。因此，技術人員要結合煤礦開采實際，科學選擇針對性的防治措施。

5.2 掌握好煤層注水這一最常用的措施

煤層注水是我國煤礦企業最早采用的沖擊地壓防治措施，也是國內眾多煤礦企業最常用的方法之一。此外，一些煤礦企業還采用了在煤體中開槽卸壓、誘導爆破和鉆孔卸壓等防治措施。目前國內外防治沖擊地壓的措施主要有煤巖體注水、鉆孔卸壓、深孔松動爆破、卸載誘導爆破、煤巖體掏槽卸壓、頂板預斷裂、巷道切槽卸壓、加固軟煤層、加強采掘支護、開采保護層與合理安排采掘設計及工藝進度等。

5.3 建立可靠的預測預報系統

在礦井安防科技不斷發展的當下，煤礦企業可以根據自己的實際需要建立可靠的預測預報系統，常見的預測預報方法主要有：綜合指數法（危險程度分析與早期預報）、鉆屑法（局部監測方法）、微震法（區域性監測方法）、地音法即聲發射法（局部監測預報方法）、電磁輻射（局部監測預報方法）等。