我國煤礦沖擊地壓防治的幾個關鍵問題

齊慶新，趙善坤，李海濤，秦 凱

（1.煤炭科學研究總院 深部開采與沖擊地壓研究院，北京100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室（煤炭科學研究總院），北京100013；3.煤炭科學技術研究院有限公司 安全分院，北京100013）

2020 年2 月22 日，山東能源集團龍堌煤礦發生沖擊地壓事故，造成4 人死亡，使煤礦沖擊地壓問題又一次處在風口浪尖上。這是因為2018 年10 月20 日發生在山東能源集團龍鄆煤礦的沖擊地壓事故，造成21 人死亡，已引起全國人民的關注，震驚了黨中央，而時隔不到2 年，在2019 年6 月9 日吉林煤業集團龍家堡煤礦死亡9 人的沖擊地壓事故、2019 年8 月2 日開灤集團唐山煤礦死亡7 的沖擊地壓事故之后，又發生今年龍堌煤礦的沖擊地壓事故，并且這次事故正處在全國人民共同抗擊新型冠狀病毒肺炎的關鍵時刻。因此，沖擊地壓已成為影響我國煤礦安全生產最為主要的災害形式。事實上，在全國煤礦安全生產狀況得到根本性好轉的今天，沖擊地壓礦井數量卻仍在不斷增加，由其引起的煤礦安全問題比以往任何時候都要嚴重，沖擊地壓已成為社會公眾關注的問題！正因為如此，2020年8 月10 日國務院安全生產委員會下發了“關于進一步貫徹落實習近平總書記重要指示精神堅決防范遏制煤礦沖擊地壓事故的通知”，要求嚴格落實地方政府屬地管理責任、嚴格落實煤礦企業主體責任、嚴格落實監管監察部門責任和嚴格落實國務院安委會有關成員單位責任，深刻汲取沖擊地壓事故教訓，堅決防范遏制煤礦沖擊地壓事故[1]。

為防范和遏制煤礦沖擊地壓事故的發生，提高我國防治煤礦沖擊地壓的有效性，為此系統地論述我國在沖擊地壓防治過程中存在的認識片面、簡單執法、重監測輕防治、防治缺乏針對性等幾個關鍵問題，并進一步給出了針對性的解決途徑與對策。

1 我國煤礦沖擊地壓現狀

眾所周知，我國是煤炭生產大國和消費大國，煤炭產量和消費量約占世界總量的50%左右。但同時，我國也是世界上煤礦沖擊地壓最為嚴重的國家，沖擊地壓礦井數量達到130 余座，年產量達到約4 億t。我國煤礦安全逐年變化情況如圖1，我國沖擊地壓礦井數量變化情況如圖2。

圖1 我國煤礦安全逐年變化情況Fig.1 Changes of coal mine safety year by year in China

圖2 我國沖擊地壓礦井數量變化情況Fig.2 Variation of the number of coal bump mines in China

由圖1、圖2 可以看出，我國沖擊地壓礦井數量的激增是在2000 年以后煤炭開采強度不斷增加、開采深度不斷增加、產量不斷增加、煤礦安全總體上不斷好轉的大背景條件下發生的，這一方面充分體現了沖擊地壓災害的特殊性，同時也表明過去對沖擊地壓災害的重視不夠。當然，這也可以理解為我國煤礦深部開采的一種必然結果。

我國對沖擊地壓的研究起步于20 世紀70 年后期，盡管相繼提出了“三準則”機理、變形系統失穩理論、“三因素”機理、強度弱化減沖機理、應力控制理論、沖擊啟動理論和沖擊響應失穩理論等沖擊地壓理論[2]，也開展了微震、地音、采動應力及鉆屑法等沖擊地壓監測和保護層開采、煤層卸載爆破、煤層大直徑卸壓鉆孔、煤層預注水、頂板深孔爆破及水壓致裂等防沖技術，但總體上對沖擊地壓的認識不夠，人力物力投入不足，重視程度不夠，使得沖擊地壓災害時有發生。

2 沖擊地壓防治的幾個關鍵問題

沖擊地壓問題是巖石力學與工程中世界性難題，如何促進沖擊地壓問題的解決，是包括我國煤礦在內的世界各國采礦與巖石力學工作者不斷研究和探討的問題。僅就我國煤礦沖擊地壓而言，雖然我國與沖擊地壓災害作斗爭的歷史已有近90 年，尤其是近10 年，無論是在理論上還是的實踐上，都開展了一些有益的探索，也取得了一定的成果，但沖擊地壓事故在煤礦安全中更顯突出，表明在沖擊地壓防治中還存在一些關鍵問題需要解決。綜合分析認為，這主要包括以下幾個方面。

2.1 認識片面問題

沖擊地壓作為煤礦開采過程中發生的一種特殊動力災害，因其發生突然、沒有先兆、影響因素眾多、破壞嚴重等而成為采礦與巖石力學疑難問題。也正因為如此，在沖擊地壓防治過程中，仍存在一定的認識問題，從而影響了對沖擊地壓的防治及相關問題的解決。從全國范圍看，存在2 種認識誤區，即一種觀點認為沖擊地壓是理論問題，而其理論無外乎是滑移和失穩破壞，與地震發生理論沒有本質的區別，從而認為沖擊地壓不可預測、不可控制、不可治理；另一種觀點認為，沖擊地壓就是強烈礦壓的具體體現，控制了常規的礦壓，就控制了沖擊地壓的發生，因而認為沖擊地壓沒有那么可怕，是完全可以預知、可控可防的。事實上，這2 種觀點都是片面的，均沒有弄清沖擊地壓的本質。

對于煤礦沖擊地壓而言，正確認識沖擊地壓，尤其是沖擊地壓的發生機理、類型和主控因素尤為重要，因為這些是沖擊地壓監測、預警、防治與防護的基礎。與地震、礦震及巖爆不同[3]，煤礦沖擊地壓是特定煤巖結構材料在原巖應力和采動應力共同作用下導致的以煤體突然破壞為典型特征的動力現象、事件或事故[1]。

通過系統分析沖擊地壓發生機理認為，無論是傳統的強度理論、剛度理論、能量理論和變形系統失穩理論，還是其它沖擊地壓理論，均是對沖擊地壓發生必要條件的一種描述，截止目前還沒有一個沖擊地壓理論構成發生的充分必要條件，在沖擊地壓監測預警和防治過程中的指導性較弱。同時，進一步分析影響煤礦沖擊地壓發生的眾多因素認為，包含煤巖沖擊傾向性、外部應力環境以及煤巖層結構在內的“三因素”理論，能夠為沖擊地壓防治工作提供更為直觀、更具可操作性的指導。其中，由于應力對于沖擊地壓發生與否起到決定性的作用，因此，對于應力環境的有效控制，是衡量各種沖擊地壓防治措施有效性的共同標準，也是沖擊地壓防治工程實踐中對煤層、堅硬頂板和底板開展相應處理的最終目的。

對于沖擊地壓，其內涵的明確將是十分重要的本質性問題。通常將沖擊地壓定義為一種動力現象，而實際工程中卻往往單純地認定沖擊地壓與事故等價，這顯然缺乏科學性。從工程實踐角度看，沖擊地壓不僅僅包括沖擊地壓現象、沖擊地壓事故，還應包括沖擊地壓事件。對于沖擊地壓現象，顯然是指煤巖體突然破壞所導致的彈射、聲響、氣浪、震動等系列行為，通常不造成人員傷亡、巷道不發生較大破壞、設備設施無損壞、財產無損失等；而沖擊地壓事故更為顯而易見，主要以造成人員傷亡、巷道破壞、設備設施損壞、財產損失等為主要特征；對于沖擊地壓事件則有必要單獨說明，其主要指介于沖擊地壓現象和沖擊地壓事故之間的一種沖擊地壓表征形式，通常破壞范圍大于沖擊地壓現象而小于沖擊地壓事故，但破壞范圍不大、設備設施不損壞、財產損傷較小。而在沖擊地壓礦井中，即便只發生了沖擊地壓現象，也應當引起高度重視，避免進一步發展成沖擊地壓事件甚至是沖擊地壓事故。

在沖擊地壓防治中，對于具體礦井條件而言，應在基本弄清沖擊地壓發生機理的基礎上，確定本礦井的沖擊地壓類型和沖擊地壓礦井類型。這是因為，沖擊地壓類型以及沖擊地壓礦井類型的不同，其對應的防治方法也將不同，防治的難度也存在差異。針對我國煤礦沖擊地壓特點和沖擊地壓礦井條件，將沖擊地壓類型劃分為煤層材料失穩型、煤層結構失穩型、頂板斷裂型和斷層滑移錯動型等4 種類型[4]，沖擊地壓4 種典型類型如圖3。將沖擊地壓礦井類型劃分為淺部沖擊地壓礦井、深部沖擊地壓礦井、堅硬頂板沖擊地壓礦井、構造沖擊地壓礦井和煤柱沖擊地壓礦井等5 種類型[5]。

圖3 沖擊地壓4 種典型類型Fig.3 Four typical types of coal bump

對于煤礦沖擊地壓而言，形成科學的認識至關重要，只要正確看待沖擊地壓問題，弄清沖擊地壓機理、類型和沖擊地壓礦井類型，實現思想認知對頭、監測防治對路、安全防護到位、現場管理對癥，具體礦井的沖擊地壓問題基本上都可以得到解決，能夠實現沖擊地壓的可測、可防、可治，達到少傷人、不傷人的目的！

2.2 法規執行問題

鑒于沖擊地壓災害防控形勢日趨嚴峻以及科學技術的發展，原煤炭工業部1987 年發布的《沖擊地壓煤層安全開采暫行規定》和《沖擊地壓預測和防治試行規范》已無法適應新形勢下的沖擊地壓監察工作。在2016 年發布的新版《煤礦安全規程》中對沖擊地壓防治進行了全面修改，并單獨成為1 個章節，共25 條。2018 年5 月國家煤礦安全監察局又發布了《防治煤礦沖擊地壓細則》，對《煤礦安全規程》中的25 條內容進行了系統說明。針對沖擊地壓監察方面，2020 年3 月國家煤礦安全監察局進一步發布了《煤礦沖擊地壓防治監管監察指導手冊（試行）》，對煤礦沖擊地壓防治監察進行了專項說明。規程、細則、手冊等系列文件的發布使沖擊地壓防治監察有據可依。應該說，我國經過改革開放40 多年的建設，煤礦安全監察體制日趨完善，針對沖擊地壓方面的法律法規體系日趨健全，但在安全監察執法過程中仍存在以下問題：

1）對沖擊地壓的認識不足。由于沖擊地壓的復雜性、多樣性，監察人員目前對于沖擊地壓尚未形成較為系統的科學認知，只有更好地認識沖擊地壓，才能在工作中做到有的放矢、靈活適應，更好地履行監管、監察職能。

2）監管、監察手段單一，過于強調處罰。煤礦安全監管、監察工作，不僅是為了貫徹、執行國家安全法律法規，還應在督促企業落實主體責任的同時，幫助指導企業利用先進技術解決切身的安全問題。而在實際工作中，對于沖擊地壓礦井的監管、監察，更多以罰款等處罰措施為主要形式。應該說，罰款只是手段，而不是最終目的，如何通過監管、監察工作，幫助企業解決沖擊地壓問題，提升企業沖擊地壓防治水平，才是沖擊地壓安全監管監察工作的核心要務。

2.3 重監測輕防治問題

《防治煤礦沖擊地壓細則》第46 條規定：沖擊地壓礦井必須建立區域與局部相結合的沖擊危險性監測制度，區域監測應當覆蓋礦井采掘區域，局部監測應當覆蓋沖擊地壓危險區，區域監測可采用微震監測法等，局部監測可采用鉆屑法、應力監測法、電磁輻射法。

目前，我國絕大多數的沖擊地壓礦井都安裝了成系列的沖擊地壓監測系統，實現了地音/微震、電磁輻射、鉆孔應力、支架阻力、錨桿索支護力和鉆屑等參量相對全面的采集，部分專家、學者也嘗試使用應力、微震、鉆屑量等指標，完成對于沖擊危險性的監測和預警，并取得了一些有益的成果，但同時也使得礦井技術人員形成了僅依靠監測手段就能實現沖擊地壓災害有效預防的錯覺，在現場沖擊地壓防治中表現出了“重監測輕防治”的特征。但沖擊地壓的發生機理復雜、影響因素眾多，僅依靠有限的監測手段，顯然無法有效完成災害的預防。

通過研究了我國幾十座典型沖擊地壓礦井，發現很多礦井的領導和技術人員認為，購買了先進的監測裝備、落實了要求的監測流程就是重視沖擊地壓了，沖擊地壓的相關問題就解決得差不多了。而事實是，即便以上述方式“重視”了沖擊地壓，也只是停留在形式上，在深度上卻并未達到真正監測、預警的目的，更無法為沖擊地壓防治提供針對性指導。具體而言，體現在以下3 個方面：

1）監測、防治沒有實現有效配合。大部分沖擊地壓礦井現有的監測手段可以計算出整個工作面/監測區的危險系數，從而概括地表征其沖擊危險性，但由于不能將危險系數進一步細化至具體區域，進而無法劃定更為準確的治理范圍，監測與防治即出現了“脫節”的問題。

2）災害防治管理信息化水平低。沖擊地壓礦井在開展煤層爆破與大直徑鉆孔卸壓、頂板爆與水力壓裂等防治工作時，其管理方式大多仍停留在紙質臺賬階段，即防治工作未能實現有效信息化、數據化，由此導致在防治工作和監測信息聯合分析過程中，缺乏關鍵的數據支撐，監測手段也難以自動檢驗卸壓解危效果，二者無法實現有效互饋、相互支撐。

3）數據未得到充分挖掘和利用。由于缺乏統一的規范和標準，導致不同系統產生的數據類型、數據結構日益多元化、復雜化，開始呈現出顯著的“大數據”特征。煤礦相對落后的多元信息挖掘分析能力與煤礦數據所呈現出的新特點形成了鮮明的反差，存在相當程度的數據資源浪費。煤礦企業沖擊地壓災害監測預警缺少針對性模型的問題凸顯。

2.4 防治缺乏針對性問題

我國煤礦沖擊地壓防治以往主要采用合理開采布置、保護層開采、煤層注水、煤層卸載爆破、寬巷掘進等方法，而隨著技術裝備的發展，斷底爆破、頂板深孔爆破、頂板水壓致裂和頂板定向水壓致裂等技術方法也日臻成熟[6]。為沖擊地壓防治帶來更多可能性的同時，也使企業在選擇針對性技術措施組合時面臨了更高的難度。造成這一現象的原因主要有以下幾個方面：

1）理論研究與現場實際脫節。我國經過40 多年的努力，逐步建立了以“三準則”理論、變形系統失穩理論、“三因素”理論、“弱化減沖”理論、應力控制理論、沖擊啟動理論和沖擊地壓擾動響應失穩理論等為主導的沖擊地壓理論體系。以上成果顯著提升了行業對于沖擊地壓的科學認知，但在指導沖擊地壓防治具體工作時卻均存在不同程度的制約，仍無法針對具體礦井特征給出差異化的支撐，從而使得治理效果大打折扣。

2）多方指導協調施工困難。在國家政策、地方監管部門及上級公司的共同要求下，沖擊地壓礦井在科研立項、初步設計、危險評價、防沖設計等階段都增加了沖擊地壓治理的相關內容，而礦方一般尋找多家科研院所分別編制相應報告，但由于各機構在防治理念等方面天然存在的差異性，以及沖擊地壓防治方法與技術自身的選擇難度，直接導致了方案設計與施工的不統一性，造成工程擱置或工程延期等不良后果。又或者為了應對各方要求，不加甄別地使用各種手段，以至于無法篩選出適用于本礦井的針對性技術方案，達不到有效防沖的目的。

3）卸壓任務流于形式。部分礦井管理人員對沖擊地壓治理重視程度欠缺，缺乏必要的危機意識，所采購的監測設備無法形成有效預報，所采取的防治措施也多為了應付檢查，從切眼到兩巷、從兩巷到回撤、從1 個面到下1 個面，基本1 個方案照抄照搬，形成了“搬運工式”卸壓模式，趕工程、催進度則成為當下卸壓主題，與“一面一策”的防沖原則背道而馳，一旦區域地質環境差異較大，防沖效果將會大打折扣。

4）缺乏長期連續的技術指導。有些礦井雖已意識到沖擊地壓治理工作的重要性，也開展了相關研究及工程實踐，但由于研究項目一般周期較短，且無法確保專業技術人員長期性連續跟蹤工程作業，在現場地質條件變化或出現臨時狀況時，缺乏第一時間發現問題、解決問題的能力，更無法根據現場條件變化動態調整施工參數，進而導致措施針對性弱、效果區域差別大。

2.5 建井前防沖設計問題

采掘活動是形成沖擊地壓等動力災害的根本原因，與天然賦存的地質條件形成良性互動是避免災害發生的關鍵所在。基于沖擊地壓“預防為主、防治結合”的基本理念，在采掘活動形成前期進行充分的針對性設計，將能夠為后續形成有利的低應力開采環境打下良好基礎。但由于早年煤礦的開采深度和強度并未造成沖擊地壓的頻繁發生，導致在現有礦井設計體系中，并未將沖擊地壓作為主要災害予以系統考慮。但隨著開采深度和強度的逐步提升，類似認知如不加以修正，將極易造成以下問題：

1）造成區域性高應力環境的出現。對于具體礦井，煤層埋深及地質構造等均為無法更改的既定條件，在其影響下將形成差異性極大的原巖應力狀態，如果在建井前期，忽略上述差異性要素帶來的影響，將直接導致無法與既有應力環境產生有針對性的良性互動，以避開天然形成的高應力區域。若在此基礎上開展采掘活動，重新分布的應力將極易達到更高的集中水平，進而導致沖擊地壓等動力失穩甚至災害在輕微擾動甚至無擾動情況下發生。

2）局部處理措施防治解危效能弱化。局部措施雖然能夠緩解一定程度的應力集中，但由于相關措施的作用范圍極為有限，因此，局部卸壓解危措施無法形成對于應力環境的本質性干預。而一旦形成區域性高應力環境，局部措施雖能夠完成小范圍卸壓解危，但由于根本性的力源并未得到有效消除，已卸壓區域將大概率會由于應力轉移再次形成集中，進而導致局部措施的時效性和實際效果大打折扣。

3）調整開拓布置帶來的額外成本。礦井作為有機整體，各個環節具有密切關聯，而開拓部署作為根本性的影響因素，方案一旦落地執行后再行更改，將會產生系統性的影響，由此帶來的成本浪費自然是不言而喻的。

2.6 沖擊地壓巷道支護問題

我國傳統沖擊地壓防治通常不單獨考慮巷道支護問題，僅開展常規支護設計，且一定程度上認為支護無法抵抗沖擊地壓帶來的破壞。當然，這種理念是建立在原來對沖擊地壓認識和安全認知的基礎上的。但隨著我國科技裝備的進步和安全理念的提升，沖擊地壓巷道的支護問題也被放到了重要的位置，沖擊地壓礦井開始逐漸注重沖擊地壓巷道的支護。但目前沖擊地壓巷道支護形式通常基于靜力學理念設計，如單一錨桿支護、錨桿+U 型鋼或者錨桿+U 型鋼+常規液壓支架聯合支護等，難以適應沖擊地壓的動力學破壞特征，進而極易出現以下問題：

1）對于傳統錨桿支護。由于動載荷對巷道圍巖的作用，一方面將導致錨桿與圍巖錨固力急劇降低造成脫錨，錨桿支護系統失效；另一方面錨桿所受沖擊載荷超過其強度極限，將出現桿體破斷、螺紋脫扣托盤脫落等現象，導致錨桿支護系統失效。

2）對于普通U 型鋼支護。基于靜力學的設計理念將使其在沖擊地壓瞬時載荷作用下，極易發生折斷、彎折、屈曲或卡攬失效等現象，導致支護阻力降低，達不到預期的支護阻力和保護作用，U 鋼型鋼支護失效圖如圖4。

圖4 U 鋼型鋼支護失效圖Fig. 4 Failure diagram of U-steel section support

3）對于常規液壓支架。一般能夠抵抗小能量沖擊，但對于瞬間釋放巨大能量的沖擊地壓事件，常規液壓支架往往不能做到及時、快速讓壓，進而導致支架傾倒或在結構薄弱部分發生彎曲折斷、爆缸、支架頂梁折斷等，液壓支架支護失效圖如圖5。

圖5 液壓支架支護失效圖Fig. 5 Support failure diagram of hydraulic support

3 沖擊地壓問題解決途徑與對策

3.1 深化對沖擊地壓的認識

深化認識，對于沖擊地壓問題的解決至關重要。具體而言，應在以下幾個方面做好工作：

1）明確沖擊地壓本質內涵。這是個根本性問題，需要弄清沖擊地壓發生機理，確定具體礦井條件下沖擊地壓類型和沖擊地壓礦井類型，找到影響沖擊地壓的主控因素，要從沖擊地壓現象就開始重視沖擊地壓問題，充分利用沖擊地壓現象、事件對于沖擊地壓事故的前兆警示作用。

2）增強防治沖擊地壓信心。沖擊地壓是世界范圍內難題，我國災害嚴重，這也是事實，但是，我國90%以上的沖擊地壓是可防可控可治的！

3）加大沖擊地壓管理力度。沖擊地壓防治的關鍵在于管理到位：確保各項技術措施有效實施，嚴格現場沖擊地壓安全管理，嚴格執行相關規定，嚴格實施沖擊地壓嚴重區域限員管理，嚴格沖擊地壓區域人員與設備防護制度的執行。

3.2 提升監管及監察專業水平

針對沖擊地壓防治監管監察存在的一些問題，提出以下對策：

1）明確監管、監察定位。安全監管、監察部門應當按照各自權限，依照法律、法規、規章和國家標準或者行業標準規定的安全生產條件和程序，開展沖擊地壓監管監察，保證經濟正常平穩運行，促進安全生產。

2）不斷學習沖擊地壓專業知識。加強監管、監察人員對沖擊地壓的學習意識，開展針對沖擊地壓的專項培訓，提高對沖擊地壓災害的認知，提高監管、監察人員的專業技術能力。

3）掌握目標工作區域沖擊地壓特征。監管、監察人員應深入開展針對具體礦井沖擊地壓問題的分析及思考，掌握具體條件下沖擊地壓發生的特點、類型及主控因素，不斷提升安全監管、監察的專業水平和保駕護航能力，與煤礦企業有機配合，共同解決沖擊地壓問題。

3.3 加強對沖擊地壓監測結果的分析

充分利用沖擊地壓礦井多系統、多參量、多信息的實際情況，做好以下工作：

1）確定多參量融合的沖擊預警指標和判據。主流監測手段的預警指標及方法在GB/T 25217—2019《沖擊地壓測定、監測與防治方法》標準中都已列出，但針對具體礦井、具體煤層、具體采區和具體工作面，其預警指標與判據的確定仍是一個不斷探索和驗證的過程，需要通過長期實踐積累，不斷對預警指標進行增加或刪減，對判據進行修正與優化。

2）建立沖擊地壓災害多參量綜合預警平臺。分析、挖掘、融合監測、防治過程中產生的多源異構信息，形成數據導向型的沖擊地壓監測預警體系。根據沖擊地壓災害的類型和主控因素，自動實現沖擊“危險區域+等級”劃分，實現分區分類預警，降低各類數據預警指標和權重設置的人工干擾，提高系統綜合預警的準確性。

3）開辟“井- 地”信息融合的沖擊地壓監測、防治新思路。將地音/微震、電磁輻射、鉆孔應力、支架阻力、錨桿索支護力和鉆屑量等監測信息與大直徑鉆孔卸壓、水力壓裂、頂板爆破、煤層爆破等卸壓解危措施信息聯合分析，解決了監測數據的歸一化處理和疊加展示，在考慮具體參量絕對值的基礎上，關注其變化趨勢，挖掘致災前兆信息；同時對井下卸壓解危措施信息等非結構數據進行時空信息標記，對比分析井下信息前后監測數據變化，自動提取、更新預警指標，實現井上- 井下信息的深度融合。

4）建立以監測為驅動、以防治為核心的完整防沖體系。實現“監測預警- 解危治理- 效果檢驗”的智能化、網絡化、一體化，即實現在線發布預警通知、智能推薦解危方法、輔助填報解危措施、自動檢驗解危效果。建立沖擊地壓監測、防治“一張圖”，以監測預警手段明確卸壓治理工作重點、以解危效果手段驗證監測預警的準確性，實現監測與防治的相互反饋。

3.4 沖擊地壓研究與防治一體化

沖擊地壓防治工作是復雜的，應在充分弄清礦井沖擊地壓發生機理、類型和主控因素的基礎上開展沖擊地壓防治工作，實現沖擊地壓研究與防治一體化：

1）重視礦井沖擊地壓基礎研究。積極開展煤層沖擊傾向性鑒定、煤巖物理力學參數測定、地應力測試、圍巖松動圈探測、采動應力監測等系列科研項目，掌握礦井基礎參數，明確沖擊地壓源頭及主控影響因素，以應力控制為基點，研究保護層開采、煤層注水、頂板深孔爆破、頂板水壓致裂等措施在具體礦井條件下的設計原理和依據，實現沖擊地壓分源、分類的差異化治理，沖擊地壓分源分類治理示意圖如圖6。

2）重視礦井沖擊地壓防治工作的系統性。結合現場實際情況，建立一套包含理論分析、危險性分區分級、監測預警、防治技術、方案設計、工程施工與效果檢驗等多項內容在內的成套沖擊地壓治理工程技術體系[7]，實現沖擊地壓防治方法、技術與工程一體化管理，沖擊地壓防治工程技術一體化示意圖如圖7。

圖6 沖擊地壓分源分類治理示意圖Fig.6 Schematic diagram of pressure source classification control for coal bump

3）重視各監測設備數據的收集、整理和分析，配置專業技術人員長期連續跟蹤，實時檢驗治理效果，及時優化、動態調整，確保施工方案可行性與有效性，針對性解決礦井沖擊地壓問題。

3.5 在礦井設計階段強化防沖設計

在礦井設計階段考慮沖擊地壓問題，其根本目的是在滿足生產能力要求的前提下，最大程度形成有利于沖擊地壓防控的區域性低應力環境，而形成低應力開采環境的關鍵，在于采煤巷道布置系統與天然地質賦存條件的良性配合。包括以下內容：

1）避免與異常地質構造產生不利互動。明確礦井地質賦存特征的前提下，巷道及工作面布置應當避免與已知的大型地質構造產生相交等不利行為。

2）巷道走向避免與水平主應力方向相交。當巷道走向與水平主應力方向形成相交時，在采掘過程中將會使得臨空煤體受到顯著的“卸荷加載”作用影響，進而極易導致變形量顯著增加，形成應力集中。同時，應當注意巷道盡可能布置在巖層之中，保證其穩定的服務能力。

3）大煤柱大、小煤柱小。對于礦井大巷、采區煤柱及保護性煤柱，應在滿足采區和回采工作面布置合理的條件下，盡可能加大其尺寸，確保煤柱不破壞，即大煤柱盡可能大；對于區段煤柱，應在進行充分論證的前提下盡可能縮小煤柱尺寸，從而在既定的條件下使得煤柱進入充分的塑性狀態，避免過多彈性能的積聚，即小煤柱盡可能小，或無煤柱。

圖7 沖擊地壓防治工程技術一體化示意圖Fig.7 Schematic diagram of engineering technology integration of coal bump prevention and control

4）合理設計采區、水平、工作面接續順序。在多煤層開采時，應當首先開采上部煤層以形成保護層，同時應當注意下部煤層停采線的內錯布置，弱化上部采空區遺留煤柱的影響，在同煤層開采時，應當注意工作面接續順序，避免孤島工作面和異形工作面的形成。

5）吸能支護設計。沖擊地壓受到采掘空間多種因素的共同影響，完全杜絕發生仍具有較高難度，應當在支護設計環節強化支護體系對于彈性能的瞬間吸收和抵抗能力，形成有效的最后保護環節。

6）充分利用數值模擬完成推演評估。結合地應力測試及反演技術，構建具有真實地質要素的數值模型，通過模擬對比不同方案的應力分布特征完成優選，擴充設計依據。

7）未來隨著非接觸式大范圍探測技術裝備的發展和成熟，在建井前獲得具有更高精度的地質信息將成為現實，進一步配合能夠準確還原地質信息的動力學仿真軟件，將能夠完成采前應力環境演化特征的準確推演，以此形成的建井前防沖設計將具有更高的可靠性和更強的指導作用，也必將是未來的發展方向。

3.6 對沖擊地壓進行分級分類及采用“三級”吸能支護

基于沖擊地壓巷道常規支護存在的問題，在最大程度降低彈性能積聚和提高圍巖耗能的前提下，應用基于動力學設計的巷道三級吸能支護技術，即“一級錨桿索+二級O 型棚+三級吸能液壓支架”聯合支護[8]。借助阻尼吸能構件，改善巷道內支護結構的力學特性，提高支護可靠性。

1）一級支護。采用吸能錨索或高強錨桿支護，吸能錨桿索的吸能構件軸向可伸縮變形大，可以提供大的有效讓壓長度，能夠消耗較多沖擊能，錨桿索不易被拉斷，能夠更好保持對圍巖的支護作用，采用全長錨固，提高錨固強度，增強阻尼，提高圍巖的吸能能力[9]，保證巷道圍巖- 支護體系的穩定。

2）二級支護。采用吸能O 型棚，吸能O 型棚在巷道發生沖擊地壓時搭接處可發生大恒阻滑動收縮，O 型棚對圍巖的支護阻力保持在較高值，O 型棚通過搭接處的摩擦力做功消耗沖擊能，有效控制巷道環向變形，O 型棚與吸能錨桿索聯合作用,保障巷道圍巖與支護體的穩定。

3）三級支護。采用吸能液壓支架，針對大能量沖擊地壓，利用液壓支架具有強力支撐作用，能夠提供大的支護應力和在巷道軸向間隔布置后形成強穩定結構，并與錨桿索、O 型棚聯合支護，形成三維立體支護，保障巷道圍巖與支護體的整體穩定性，有效防治巷道絕大部分沖擊地壓。

河南耿村煤礦受F16逆沖斷層與巨厚堅硬頂板影響，沖擊地壓災害十分嚴重。在運輸巷采用常規錨桿（網）、U 型鋼、普通液壓支架等聯合支護的條件下，2015 年12 月22 日巨厚礫巖頂板斷裂釋放能量誘發沖擊地壓事故，造成錨桿端頭破斷、液壓支架失穩、彎折嚴重，巷道破壞，人員傷亡，耿村礦“12.22”沖擊破壞現象如圖8。

圖8 耿村礦“12.22”沖擊破壞現象Fig.8 Impact failure phenomenon of“12.22”in Gengcun Mine

2016 年8 月開始，在相似的回采巷道采用三級吸能支護技術（一級：高沖擊韌性錨桿（索）錨網，二級：36U 吸能O 型棚，三級：液壓抬棚和防沖吸能液壓支架）后，在2017 年6 月10 日頂板再次斷裂釋放大能量沖擊事件的條件下，巷道支護狀態保持良好，未造成人員傷亡與設備損壞，耿村煤礦應用效果圖如圖9。應用效果良好，達到預期效果[10]。

圖9 耿村煤礦應用效果圖Fig.9 Application effect diagram of Gengcun Coal Mine

4 結 論

1）沖擊地壓已成為影響我國煤礦安全生產最為突出的災害類型。

2）弄清沖擊地壓發生機理、沖擊地壓類型和沖擊地壓礦井類型，是防治沖擊地壓的基礎。

3）對于尚未施工的沖擊地壓礦井，在礦井設計前考慮沖擊地壓問題，優先考慮開拓準備巷道布置在巖層中、保護層開采和無煤柱開采，是實現沖擊地壓防控最為有效的方法，同時在礦井建設過程中，要不斷分析和總結沖擊地壓現象、事件和事故，為生產過程中的沖擊地壓防治提供基礎。

4）對于正在生產的沖擊地壓礦井，應該優化開拓開采，合理選擇采煤方法和開采強度，最大限度地增加各類大巷煤柱寬度和縮小區段煤柱寬度，回采時應避免采動應力疊加影響，最大限度地降低應力集中。

5）煤礦在防治沖擊地壓過程中，一方面要配備先進的沖擊地壓監測裝備，確定具有礦井針對性的預警指標和判據，另一方面要在回采前對煤層和頂板采用卸壓和斷裂措施，降低煤層和頂板積聚彈性能的能力。

6）有效的管理在沖擊地壓防控中是不可或缺的，應給予高度重視，特別針對嚴重沖擊危險區域，在加強巷道支護的基礎上，要嚴格限制人員數量，充分做好人員與設施的安全防護。

7）對于沖擊地壓的防治，只要思想對頭、技術對路、管理對癥，沖擊地壓基本上可以實現可防可治、能防能治，少傷人、不傷人。