冲击地压

冲击地压（岩爆）是井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击地压可分为3类：重力型冲击地压、构造应力型冲击地压、中间型或重力一构造型冲击地压。

冲击地压的特点：

（1)一般没有明显的预兆，难于事先确定发生的时间、地点和冲击强度；

（2）发生过程短暂，伴随巨大声响和强烈震动；

（3）破坏性很大，有时出现人员伤亡。

2.冲击地压的预测方法

目前，冲击地压的预测方法主要有以下几种：

（1）钻屑法。钻屑法是通过在煤体中打小直径（42^50～）钻孔，根据排出的煤粉

量及其变化规律以及钻孔过程中的动力现象鉴别冲击危险的一种方法，目前在我国应用较普遍。钻屑法是我国《煤矿安全规程》规定采用的冲击危险程度监测和解危措施效果检验的主要方法。

（2）声发射和微震监测方法。声发射监测的过程主要是对冲击地压前兆信息的统计，冲击危险的判别依据是能率、事件频度及其变化规律，单个声发射事件的幅度、延续时间、频率等参数作为判别冲击危险的参考指标。

（3）综合指数法。综合指数法是在进行采掘工作前，首先分析影响冲击地压发生的主要地质和开采技术因素，在此基础上确定各个因素对冲击地压的影响程度及其冲击危险指数，然后综合评定冲击地压危险状态的一种区域预测方法。

3.冲击地压的防治措施

根据发生冲击地压的成因和机理，防治措施分为两大类：一类是防范措施；另一类是解危措施。

（1)防范措施。防范措施主要包括：预留开采保护层；尽量少留煤柱和避免孤岛开采；尽量将主要巷道和硐室布置在底板岩层中；回采巷道采用大断面掘进；尽可能避免巷道多处交叉；加强顶板控制；确定合理的开采程序；煤层预注水，以降低煤体的弹性和强度；等等。

（2)解危措施。冲击地压解危措施包括卸载钻孔、卸载爆破、诱发爆破和煤层高压注水等。

二、

实时监控，超前预防。该矿为准确预测预报冲击地压灾害，引进波兰防治冲击地压技术，在全国首家建成投用了矿井冲击地压危险区域定位系统。该系统集成数字DTSS传输系统，实现了矿井震动定位、震动能量计算及震动的危险评价，并编制和查看各种相关表格和震动记录，自动生成相关报告。该系统安装完成后，运行状况良好，已记录多次震动现象，定位点附近的巷道及工作面均有不同程度的震感响声，为今后防治冲击地压，保障职工安全生产奠定了基础。同时采用实验室实验、理论分析、系统开发与现场试验及应用相结合的方法，利用数理统计、损伤力学、流变力学、突变理论，借助现代电子和计算机技术，建立了煤岩变形破裂过程电磁辐射力-电耦合模型，确定了模型参数的取值范围，研制了冲击地压电磁辐射连续监测仪和配套软件，建立了冲击地压电磁辐射监测系统，实现了数据的实时采集、图形和表格显示，历史数据的读取、图形和表格显示及数据统计分析，实现了对冲击地压危险的可视化监测。该项目在该矿4层煤1409工作面冲击地压监测预报中得到了成功应用。摸索出了监测预报的临界值，找出了电磁辐射规律，实现了电磁辐射的可视化连续监测，保证了冲击地压工作面的安全开采，为采矿业防治冲击地压进行了有益的探索。

依靠科技，综合治理。该矿先后投入资金250万元，对冲击地压进行治理，特别是2001年以来，先后与煤科总院北京开采所、中国矿业大学、山东科技大学、辽宁工程技术大学等研究单位开展多项冲击地压研究工作，研究制定了解危措施，预测、预报、防治方案；重新规划了四层煤的开采布局、开采程序、巷道设计和开采方法。合并采区跨上山开采，制订了开采保护层的“采六保四”方案；还采取国际先进的煤粉监测、矿压监测、矿震监测、钻孔应力计监测，严密监测矿压动态；为加强防护，还采取了煤层注水、爆破卸压、工作面匀速推采、提高支架支设质量等方法，提高了工作面抗灾能力；推广了综采放顶煤开采，避开了上分层开采、放炮的影响，改变了工作面上覆岩层的组合，降低了工作面围岩的应力，有效遏制了冲击地压。2007年以来，该矿先后组织两次专家论证会，并邀请波兰专家团对该矿1410冲击地压工作面的安全生产进行了安全评价，制定了周密的封闭、启封恢复生产措施，成功启封了1410工作面。 1410工作面成功启封，实现了煤层应力集中与释放的自然平衡，优化了上平巷巷道层位布置，降低了上平巷掘进期间的冲击危险，保证上平巷的安全掘进，完成了“1410上顺槽无煤柱掘进技术”等一批科研创新项目，为深部冲击地压巷道安全、快速掘进总结了一整套成功经验，经过一年的共同努力，1410工作面实现了安全生产，保证了上平巷的安全掘进，工作面累计生产原煤40余万余吨，掘进进尺550余米，为矿井经济效益

的提高奠定了基础。 总工程师为首的冲击地压治理领导小组和专门负责冲击地压防治管理的“技术工程项目部”，全员动员，强化冲击地压防治管理。先后制定了“华丰煤矿冲击地压防治实施细则”、“华丰煤矿冲击地压防治管理规定”等11项制度、规定，规定具有冲击危险的采掘工作面生产期间，每天下午由分管副总工程师主持召开一次防冲会，每月由总工程师主持召开一次防冲例会；四层煤综采、综放工作面及掘进头严格执行冲击危险的监测预报制度；技术工程项目部对工作面的冲击危险每天一预报，并在每天的生产会上进行通报；生产过程中现场出现明显压力增大或微震明显增多时，分管副总工程师要立即组织人员进行分析，落实监测及解危措施；井下所有施工地点发生明显冲击地压（矿震）现象时如：响声明显、震感强烈、对现场有明显破坏现象时，要及时向生产调度室汇报；现场出现冲击危险时，及时落实针对性治理措施。做到不落实防冲措施不生产，冲击危险不消除不生产。

总工程师为首的冲击地压治理领导小组和专门负责冲击地压防治管理的“技术工程项目部”，全员动员，强化冲击地压防治管理。先后制定了“华丰煤矿冲击地压防治实施细则”、“华丰煤矿冲击地压防治管理规定”等11项制度、规定，规定具有冲击危险的采掘工作面生产期间，每天下午由分管副总工程师主持召开一次防冲会，每月由总工程师主持召开一次防冲例会；四层煤综采、综放工作面及掘进头严格执行冲击危险的监测预报制度；技术工程项目部对工作面的冲击危险每天一预报，并在每天的生产会上进行通报；生产过程中现场出现明显压力增大或微震明显增多时，分管副总工程师要立即组织人员进行分析，落实监测及解危措施；井下所有施工地点发生明显冲击地压（矿震）现象时如：响声明显、震感强烈、对现场有明显破坏现象时，要及时向生产调度室汇报；现场出现冲击危险时，及时落实针对性治理措施。做到不落实防冲措施不生产，冲击危险不消除不生产。

冲击地压是世界采矿业的难题，一度困扰着山东新汶矿业集团华丰煤矿的安全生产。该在灾害面前不气馁，形成共识、强化管理、实时监控、超前预防、依靠科技、综合治理，经过十多年艰苦探索与实践，形成了一整套切实可行的冲击地压综合预防体系，确保了矿井安全生产，使矿井获得新生。

形成共识，强化管理。该矿自1992年以来，共发生破坏性冲击地压100余次，特别是该矿冲击地压发生在四层煤，该层煤煤质好、煤层厚、储量大，产量占矿井总产量的70%，是华丰煤矿的“生命线”。冲击地压不治，矿井将面临着生存的危机。该矿形成了“治理冲击地压就是解放生产力，发展生产力”的共识。专门成立了以矿长、生产矿长、

采用斜竖井结合阶段水平大巷开拓方式及综合机械化放顶煤采煤方法开采。近年来，随着开采深度的增加及接触深部复杂的地质构造，开采区域已深入到足以产生冲击的构造应力场和重力应力场的“临界深度”，因此频繁发生冲击地压。特别是进入—580m水平下段及北翼开采后，逐渐接触到深部复杂的地质构造及煤层产状，冲击地压显现越来越频繁，冲击强度及破坏程度逐渐加大。其显现特征：一是震级不大的煤爆发生较为频繁，但威力不大，偶有片帮和煤块抛射现象；二是浅部冲击和深部冲击较为强烈，但深部冲击是发生在煤层深处，虽然威力（震级）较大，地面震感明显，但井下破坏性不明显；三是浅部冲击地面震感不明显或无震感，但对井下作业地点危害最大，发生前有时出现片帮、瓦斯增大或出现爆豆声响等前兆。然而多数发生时没有这些宏观前兆而突然发作，破坏性较大，有时造成严重片帮、冒

顶和底鼓、摧毁支架、堵塞巷道及颠翻设备；四是冲击发生过程短暂，持续时间一般几秒至十几秒。虎台煤业分公司从1993～2002年共发生冲击地压38383次，其中大于1级（里氏震级）9315次，大于2级655次，大于3级44次，最大级达3.7级。

1.2 冲击地压的分布特点

自1993年起至今，冲击地压虽然遍布矿井各个区域，但主要集中在55001#二期综放面、54003#综放面运输顺槽、68001#综放面运输顺槽、炮采已采区、—630m中央主副巷、63006#—II已采综放面、68002#综放面、炮采区、78001#综放面I～III期及78002#综放面开切眼等共计10个局部区域。其分布具有以下特点：①地质构造带如断层附近、向背斜轴部，是冲击地压多发带；②采深越大，冲击地压发生的次数越多；③孤岛煤柱区是冲击地压严重采区；④综放面一分层（开采三分层煤）冲击地压显现强烈；⑤综放面一分层开采初期及接近终采时，冲击地压发生的较频繁；⑥二分层（缓压带）几乎不发生冲击地压；⑦从2001年下半年开始冲击地压发生的次数呈下降趋势。

2 冲击地压的成因

2.1 地质构造的因素

构造应力场既是地壳构造运动和断裂活动的动力因素，又是地层中区域应力状态的重要组成部分。在构造应力场的作用下，一方面形成新的断裂组合，同时对井下开采过程中的各种动力现象的发生起着至关重要的决定作用，构造应力是孕育冲击地压的主要动力环境因素。

（1）矿区煤田构造分析。抚顺矿区的构造位于天山一阴山巨型纬向构造带和华夏式构造带交接复合部位，其特殊位置决定了其地质构造比较复杂，是一个由多元构造体系复合而形成的多元、多向和多序的构造体系，主要有东西向阴山构造带和北东50°～60°华夏式构造带两种。

（2）地质构造对冲击地压的影响。老虎台井田位于抚顺煤田向斜中部，其中东翼，是一个东向西的向斜构造，西翼是一个北向南的缓向斜构造，共有14条大断层。F1和Fl a断层是控制区域内构造环境的主要因素。矿区所发生的较大规模的冲击地压主要是受断层和构造的特征、空间位置以及它们之间的相互关系所控制。从老虎台井田内部的小的环境看，14条大断层及周围形成的向背斜构造和次一级的断裂构造，是引发冲击地压的主要原因，也是冲击地压发生次数最密集（特别是大震级）的地方。

2.2 开采深度的因素

近年来随采深增加，冲击地压次数明显增加，特别是1级以上冲击地压次数大幅度上升，从1993年的466次增加到2001年的2024次。从冲击地压发生实际情况分析，如果单从重力（开采深度）角度分析，总的看冲击地压发生次数和震级是与采深成正比，但在复杂的地质构造带附近，冲击地压发生的次数和震级有时与采深并不成正比。如矿井东部区54003综放面距地表深度630m（回采阶段—540m），准备及回采期间发生一级以上冲击地压30次；与其同标高的东翼相邻的54002综放面，准备及回采期间一级以上冲击地压仅发生8次。同一采区内，采深相同的不同工作面冲击地压发生的次数差别比较明显。

2.3 煤层性质的因素

冲击地压的发生与煤的物理机械性能密切相关。煤质中硬以下，弹性、脆性较大，光泽较强的煤易发生小型冲击地压；煤质中硬，较均质、致密，裂隙、层节理较不发育的煤易发生较大冲击地压；硬度很高的不易发生冲击地压。根据测试、实验及多年实践证明：矿井本层煤中三分层属于中硬煤，弹、脆性较大，层、节理不很发育，易于发生冲击地压；四分层煤质中硬，上述性质较差，冲击地压发生次之；五分层属于中硬以上煤，不易发生冲击地压。

从上述分析得出：矿井冲击地压不属于单一重力型冲击地压。

2.4 采掘活动的因素

（1）炮采与冲击地压关系。以往炮采水运水砂充填采煤法开采时，采用的是分组开采，不但一分层发生冲击地压，而且二、三分层也发生冲击地压。1996年以前，冲击地压90%以上发生在炮采的采掘工作面，对采掘面的破坏十分严重，多次造成伤亡事故。分析其原因，一是开采过程中每个阶段（50m段高）形成11个区间煤柱和12个段间煤柱，同时每个阶段东西翼遗留一个孤岛煤柱采区，这些煤柱都是高应力集中区，在此进行采掘活动，极易引发冲击地压。二是炮采时存在跨阶段、跨水平开采，单位采区范围小（走向300～500m），开采强度大，受此影响，井田区域内应力状态变化较大，采区间动压互相影响，为冲击地压的发生提供了条件。三是炮采采用木支护管理顶板，水砂充填管理采空区，木支护属刚性支护，抗冲击能力低，无可缩性，充填河砂及页岩使顶板不能自然垮落，不利于释放顶板积聚的大量弹性能。四是炮采工作面采用爆破落煤，放炮震动极易引发冲击地压。所以，炮采水砂充填采煤法不适合冲击地压煤层开采。

（2）综放开采与冲击地压的关系。综放开采是目前特厚煤层较为先进的采煤方法。采用高强度液压支架管理工作面顶板，采煤机割煤，自然垮落法管理采空区，巷道采用先进的锚网U型棚复合支护，这种采煤方法有利于防止冲击地压的发生。一是可以布置长距离大工作面，采区个数减少，使得矿井生产布局及开采程序更加合理。二是矿井区间煤柱减少，无段间煤柱，区内条带间实现无煤柱开采，采空区内不残留煤柱及支柱，煤柱高应力区大幅度减少，采区内部也不会形成新的应力集中区。三是工作面液压支架强度高（ZFS6000型），具有可缩性，采空区采用自然垮落法管理顶板，有利于释放顶板内积聚的大量弹性能。

（3）不同采煤方法与冲击地压关系。正如瓦斯、煤尘和自然发火一样，冲击地压是与煤矿开采伴生的自然灾害，只要进行采掘活动，就必然程序不同的引发冲击地压。20世纪70年代初，国内煤矿开始采用放顶卸压措施，通过放顶使顶板弹性能得到充分释放，大大缓解了冲击地压发生的频率及震级。抚顺矿区以往炮采时，采用水砂充填法管理采空区，三个井工矿均有冲击地压发生。因此，采用何种采煤方法与冲击地压没有必然的联系，只不过能产生利弊不同程度的影响。

3 冲击地压的防治

（1）调整生产布局，减少煤柱高应力区。生产安排上将—730m水平原来按炮采划分的50多个采区，按其赋存标高及产状合并成东、中、西三个综采区。在开采程度上，始终遵循自上而下、由南往北逐个条带分层进行开采的原则。

（2）开展冲击地压预测预报。为了全面准确掌握全矿冲击地压危险性分布状况、危险程度、在预测预报工作上进行了区域性和局部性预测预报。预测方法采用钻粉法、电磁辐射法和矿压观测法。

（3）加大瓦斯抽放能力。为了提高瓦斯抽放量，降低瓦斯压力，杜绝冲击地压引发瓦斯燃爆及煤与瓦斯突出事故，对瓦斯抽放系统进行了改造，矿井瓦斯抽放能力由350m3/min 提高到500 m3/min以上，瓦斯抽放纯量由1994年的0.75亿m3增加到2001年1.3亿m3。

（4）煤体注水卸压。从改变煤体的物理机械特性入手，对煤体进行静压、高压注水，以软化煤体和缓解应力集中，达到卸压的目的。

（5）超前卸压钻孔。在冲击地压严重的煤掘工作面，实施超前卸压钻孔，采取“两掘一钻”方式作业，即在每天的一循环中利用一个小班时间打7～10个超前卸压钻孔，上下两排布置，每天施工一排孔，孔深为10m，掩护掘进施工，使掘进工作在卸压圈内进行，杜绝了煤掘工作面前方冲击地压的发生。

（6）深孔卸压爆破。根据虎台煤业分公司冲击地压发生的原因主要是构造应力和集中应力引起的特点，为减少冲击地压对巷道的破坏，对地质构造、煤柱等应力集中区和电磁辐射值超标地点，采取深孔爆破卸压措施，使构造应力和集中应力得以缓慢释放，从而起到减震目的。

（7）提高综放面装备水平。提高工作面支架阻力，型号由原来的ZFS4000—18/28提高到ZFS6000—18/28，已采的68001#及78001#综放面虽然发生多次较大冲击地压，但没有发生压死支架现象及造成伤亡事故。把安全工程师站点加入收藏夹

（8）改革巷道支护方法。为了解决落后的T铁棚刚性支护抗冲击能力差的问题，先后几次对巷道支护进行了改革，其形式有U型钢可缩支护、圆型支架、锚网支护、锚网和U 型支架联合支护等；并在冲击地压较严重的巷道采用全长锚固支护形式，其抗冲击效果更为明显。

（9）强化现场安全防护。为减少冲击地压造成的损失，制定了5项31条预防冲击地压的安全防护措施，采取了合理安排劳动组织、分散作业人员、限制作业人数及作业时间、及时清理作业现场闲置设备、必备的设备设施进行捆绑固定、缩小U型棚支护棚距、每架U 型棚打六个卡子、延长掘进工作面躲炮时间（不低于30 min）等一系列措施，成功地躲过了数次较大的冲击地压。

三、

世界上几乎所有国家都不同程度地受到冲击地压的威胁。 1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击地压现象。以后在前苏联、南非、德国、美国、加拿大、印度、英国等几十个国家和地区，冲击地压现象时有发生。

在我国，冲击地压最早于1933年发生在抚顺胜利煤矿。以后，随着开采深度的增加和开采范围的不断扩大，北京、抚顺、枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井，都先后有冲击地压现象发生。随着开采深度的不断增加，冲击地压的危害将更加突出。

一、冲击地压发生的机理

冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。

1992年以前，我国有50余个煤矿发生了冲击地压。比较突出的有北京矿务局门头沟煤矿、抚顺矿务局龙风煤矿、枣庄矿务局陶庄煤矿、大同矿务局忻州窑煤矿、四川省天池煤矿和新汶矿务局华丰煤矿等。

（一）我国煤矿冲击地压显现具有如下特征：

1、突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间为几秒到几十秒。

2、一般表现为煤爆(煤壁爆裂、小块抛射)。浅部冲击 (发生在煤壁2m～6m范围内，破坏性大)和深部冲击(发生在煤体深处，声如闷雷，破坏程度不同)。最常见的是煤层冲击，也有顶板冲击和底板冲击，少数矿井发生了岩爆。在煤层冲击中，多数表现为煤块抛出，少数为数十平方米煤体整体移动，并伴有巨大声响、岩体震动和冲击波。

3、具有破坏性。往往造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、人员伤亡。

4、具有复杂性。在自然地质条件上，除褐煤以外的各煤种，采深从200m～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层厚度从薄层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、

油母页岩等，都发生过冲击地压；在采煤方法和采煤工艺等技术条件方面，不论水采、炮采、普采或是综采，采空区处理采用全部垮落法或是水力充填法，是长壁、短壁、房柱式开采或是柱式开采，都发生过冲击地压。只是无煤柱长壁开采法冲击次数较少。

（二）冲击地压的分类

冲击地压可根据应力状态、显现强度和发生的不同地点和位置进行分类。 1、根据原岩(煤)体的应力状态分类

(1)重力应力型冲击地压。主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压。如枣庄、抚顺、开滦等矿区发生的冲击地压。

(2)构造应力型冲击地压。主要受构造应力(构造应力远远超过岩层自重应力)的作用引起的冲击地压，如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压。

(3)中间型或重力～构造型冲击地压。主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。

2、根据冲击的显现强度分类

(1)弹射。一些单个碎块从处于高应力状态下的煤或岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。

(2)矿震。它是煤、岩内部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏，煤、岩并不向已采空间抛出，只有片带或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为煤炮。

(3)弱冲击。煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设备基本上没有损坏；围岩产生震动，一般震级在2.2级以下，伴有很大声响；产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。

(4)强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。

3、根据震级强度和抛出的煤量分类

(1)轻微冲击：抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击地压。

(2)中等冲击：抛出煤量在10t～50t以下，震级在1级～ 2级的冲击地压。

(3)强烈冲击：抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。

一般面波震级Ms=1时，矿区附近部分居民有震感；Ms=2时，对井上下有不同程度的破坏；Ms>2时，地面建筑物将出现明显裂缝破坏。

4、根据发生的地点和位置分类

(1)煤体冲击。发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表面、浅部和深部冲击。

(2)围岩冲击。发生在顶底板岩层内，根据位置有顶板冲击和底板冲击。

(三)冲击地压成因的机理

对冲击地压成因和机理的解释主要有强度理论、能量理论、冲击倾向理论和失稳理论。

1、强度理论

该理论认为，冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体——围岩力学系统的综合强度。其机理为：较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤体——围岩交界处的变形(见图1)。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。

2、能量理论

该理论认为：当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。刚性理论也是一种能量理论，它认为发生冲击地压的条件是：矿山结构（矿体）的刚度大于矿山负荷系(围岩)的刚度，即系统内所储存的能量大于消耗于破坏和运动的能量时，将发生冲击地压。但这种理论并未得到充分证实，即在围岩刚度大于煤体刚度的条件下也发生了冲击地压。

3、冲击倾向理论

该理论认为：发生冲击地压的条件是煤体的冲击倾向度大于实验所确定的极限值。可利用一些试验或实测指标对发生冲击矿压可能程度进行估计或预测，这种指标的量度称为冲击倾向度。其条件是：介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值。

这些指标主要有：弹性变形指数、有效冲击能指数、极限刚度比、破坏速度指数等。

上述三种理论提出了发生冲击地压的三个准则，即强度准则、能量准则和冲击倾向度准则。其中强度准则是煤体破坏准则，能量准则和冲击倾向度准则是突然破坏准则。三个准则同时成立，才是产生冲击地压的充分必要条件。

4、失稳理论

近年来，我国一些学者认为：根据岩石全应力——应变曲线，在上凸硬化阶段，煤、岩抗变形(包括裂纹和裂缝)的能力是增大的，介质是稳定的；在下凹软化阶段，由于外载超过其峰值强度，裂纹迅速传播和扩展，发生微裂纹密集而连通的现象，使其抗变形能力降低，介质是非稳定的。在非稳定的平衡状态中，一旦遇有外界微小扰动，则有可能失稳，从而在瞬间释放大量能量，发生急剧、猛烈的破坏，即冲击地压。由此，介质的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一。虽然有时外载未达到峰值强度，但由于煤岩的蠕变性质，在长期作用下其变形会随时间而增大，进入软化阶段。这种静疲劳现象，可以使介质处于不稳定状态。在失稳过程中系统所释放的能量可使煤岩从静态变为动态过程，即发生急剧、猛烈的破坏。（四）冲击地压的影响因素

1、地质因素

主要包括开采深度、地质构造、煤岩结构和力学特性等。

开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压，此深度称为冲击地压临界深度。临界深度值随条件不同而异，一般大于200 m，总的趋势是随采深增加，冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加，原岩应力增大的缘故。

地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。宽缓向斜轴部易于形成冲击地压；断裂如是一个开采边界，若回采方向朝向断层面，则冲击危险增加；煤层倾角和厚度局部突然变化地带，实际是局部地质构造应力积聚地带，因而极易发生冲击地压。

煤岩结构及性能也是冲击地压影响的主要因素。坚硬、厚层、整体性强的顶板(老顶)，易形成冲击地压；直接顶厚度适中、与老顶组合性好、不易冒落，冲击危险较大；煤的强度高、弹性模量大、含水量低、变质程度高、暗煤比例大，一般冲击倾向较强。

2、开采技术因素

开采多煤层时，任何造成应力集中的因素，如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等，均对防治冲击地压不利。从防治冲击地压的角度而言，璧式开采优于柱式开采，旱采优于水采，直线工作面优于曲线工作面，冒落法优于充填法。煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素，应尽量避免和减少这些因素的有害影响。

国内外大量实践表明，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序(如爆破、冒顶、采煤等)而发生，这些因素称为诱导因素。诱导因素本身的能量可能很小，但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。因而，诱导因素也是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。

二、冲击地压的预报

（一）WET法

该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总院规定：WET>5为强冲击倾向；2

（二）弹性变形法

它是前苏联矿山测量研究院提出的用于测定冲击地压的方法。即在载荷不小于强度极限80％的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与总变形量之比(K)，作为衡量冲击倾向度的指标。当K≥0.7时，有发生冲击地压的危险。

(三) 煤岩强度和弹性系数法

该方法是用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，作为衡量冲击倾向度的指标。这种方法较为简单，经常用作辅助指标。其指标的界限值必须根据各矿井的试样进行试验确定。我国《煤矿安全规程》中规定：“开采冲击地压煤层时，冲击危险程度和采取措施后的实际效率，可采用钻粉率指标法、地音法、微震法等方法确定”。

1、钻粉率指标法

钻粉率指标法又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径(42mm～45mm)钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。

2、地音、微震监测法

岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射亦称为地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的能量释放过程。由此可知，地音监测法的原理是，用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。根据测得的地音波或微震波的变化规律与正常波的对比，判断煤层或岩体发生冲击倾向度。

[例5—1]山东肥城矿务局陶庄煤矿用微震仪研究了发生冲击矿压的规律，结论为：微震由小而大，间有大小起伏，次数和声响频繁；在一组密集的微震之后变得平静，是产生冲击矿压的前兆现象；稀疏和分散的微震是正常应力释放现象，无冲击危险。

根据震相曲线和地震学的知识，则可以计算出发生冲击地压的震源位置。由于各种煤岩体的地音和微震特性不同，并且又具有不均质性和各向异性等特点，其传播速度有很大差异。此外，各处的地质和开采条件也不相同，矿井下又常有强烈的环境噪音干扰，地音或微震信号在煤岩体中产生和传播情况将是很复杂的，可能产生多次的反射、折射和绕射，还可能发生波型变换等现象。因而在使用中应注意与其他预测方法综合使用，特别是与钻屑法综合使用，以保证预测的准确性。

（四）工程地震探测法

用人工方法造成地震，探测这种地震波的传插速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析、判断发生冲击地压的倾向度。（五）综合测定法

为了能够更准确地判断出发生冲击地压的地点和时间，可同时采用上述两种以上的方法，根据多因素的变化，综合加以确定。国内外常使用的是钻屑法、地音监测法、地质及开采技术条件分析的综合方法。

冲击地压发生的机理