冲击地压及其监测
冲击地压测定监测与防治方法
冲击地压测定监测与防治方法地压是指地层中发生的岩层破裂、变形、滑动等引起的地表活动现象。
地压灾害主要表现为地表下陷、地裂缝、建筑物倾斜、地下管线断裂等。
冲击地压是特指地压灾害中在一瞬间发生的瞬间放能。
冲击地压对人类和社会造成严重危害，因此需要进行地压测定、监测与防治。
下文将介绍冲击地压的相关方法。
1.地层压力测试。
通过在地下进行地层的钻孔与地堰，然后通过测量钻进地下的过程中所遇到的地层水压、岩层强度指标等，得出地层的压力情况。
2.地震勘探。
通过地震波传播的方法，测定地下岩石体的结构和密度，从而得出地压的程度和可能产生的范围。
3.变形探测。
利用高精度的变形仪器对地表进行监测，观察地表的变形情况，从而判断地下是否存在地层压力。
冲击地压监测是指对地下岩石体的地压情况进行实时监测，并根据监测结果做出相应的应对措施。
常见的冲击地压监测方法有：1.监测孔注浆。
在地下建设监测孔，通过注入浆液来填充空隙，增强地层的稳定性，从而减少地压的发生。
2.应变测量。
在地表和地下建筑物中设置应变仪器，通过测量应变的变化情况来判断地压的变化情况。
3.声波监测。
通过在地下设置声波设备，传输声波信号，观察声波反射的情况，来判断地下岩石体的密度和结构情况，从而判断地压的可能性。
冲击地压防治是针对地压灾害的实施具体措施，以减轻冲击地压的危害，保护人类和社会的安全。
常见的冲击地压防治方法有：1.岩体加固。
通过对地下岩体进行加固，如钢筋混凝土浇筑、喷射混凝土等，增强岩体的稳定性，减少冲击地压的发生。
2.地下排水。
通过设置地下排水系统，及时排除地下水，并排除地下溶洞、裂缝等因素，减少地下岩石的变形和滑动，减轻冲击地压的危害。
3.爆破放能。
在地下岩石体中进行控制性的爆破，通过其能量的释放来调整地下岩体的应力分布，减轻地压的危害。
综上所述，冲击地压的测定、监测与防治方法包括地层压力测试、地震勘探、变形探测等测定方法；监测孔注浆、应变测量、声波监测等监测方法；岩体加固、地下排水、爆破放能等防治方法。
冲击地压监测预警方案(矿业公司适用)
冲击地压监测预警方案微震、地音监测及冲击地压的预测预报由防冲办负责，根据监测结果做好卸压解危措施的落实工作，确保安全生产。
监测过程中，如果工作面周围的地音监测异常指数超过预警指标，判定存在冲击地压危险，应及时进行解危治理。
（一）微震监测方案利用xxxx上09运顺外围系统周边的微震探头对xxxx上09运顺外围系统进行监测。
（二）地音监测方案。
xxxx上09掘进工作面各布设2个地音监测探头，当工作面距离最近探头110m的时候，将最远一组探头移至距迎头30m位置，以此方式循环移动传感器。
方式见图7-3.图7-3 xxxx上09工作面掘进期间地音探头布置示意图三、冲击地压预警指标（一）微震监测系统预警指标微震监测的能量分级预警指标按表7-3内容执行。
表7-3 微震能量分级预警指标危险等级指标及其取值范围无冲击危险1.一般：102～103J，最大Emax<5×103J；2.∑E<5×103J/每5m推进度；3.井下无震动。
弱冲击危险1.一般：102～104J，最大Emax<5×104J；2.∑E<5×104J/每5m推进度；3.有矿压显现。
中等冲击危险 1.一般：102～105J，最大Emax<5×105J；地音监测系统以地音活动偏差值及变化趋势作为危险性评价的主要依据。
1.冲击危险等级划分a级—无冲击危险。
b级—弱冲击危险。
此时应加强对冲击危险状态的监测及采掘作业的监督管理。
c级—中等冲击危险。
此时应实施冲击地压解危措施，降低冲击地压危险程度。
d级—强冲击危险。
此时应停止采掘作业，并撤离不必要的人员；制定防冲措施，检查防冲效果；直到危险等级降低后，才可继续进行采掘作业。
2.预警规则（1）单个地音通道连续至少两个班的危险等级达到c或d，判定该探头前后50m范围存在冲击危险，取较高等级作为该区域的冲击危险等级（c或d）。
（2）同一顺槽相邻两个通道在最近一个班同时达到c或d，判定这两个探头之间区域为冲击危险区，危险等级取较高等级。
煤矿冲击地压的微震监测的实例分析
科学技术创新2021.06煤矿冲击地压的微震监测的实例分析石嘉栋何川(陕西彬长文家坡矿业有限公司,陕西咸阳713599)煤矿开采工作属于高危行业,在实际工作过程中常常发生许多突发事件。
其中冲击地压对于采矿工作人员人身安全具有极大的威胁,随着煤矿开采深度的增加,冲击地压的产生几率也会随之增大。
目前微地震监测系统是最行之有效的预测系统,有关人员应对其深入分析,以便有效利用,减少冲击地压带来的损失。
冲击地压,又被称作“岩爆”,在煤矿作业中又被称作“煤爆”。
冲击地压引发灾害的原因主要是岩体或者矿体受到自身内部的高应力作用,其平衡的状态被严重打破,进而突发性地将大量的能量释放出来,引发振动和爆炸,最终使矿井、巷道等四周的岩石以及矿体等被大量喷出。
此类危害具有极大的危险性,会破坏岩体,损毁设施、支架等,严重时甚至会使巷道发生垮落,被彻底破坏,最终造成人员伤亡。
在煤矿中,冲击地压还会对矿井内部造成严重破坏,极易引发煤尘、瓦斯等爆炸,严重影响内部通风系统,严重时还会引发地面的不断震动,甚至出现火灾、水灾、破坏建筑物等现象[1]。
1工程概况监测人员采用先进的微地震监测仪器监测某煤矿1610、1609以及1409工作面的覆岩断裂破坏。
此处煤矿的地质结构比较复杂,此区域范围内具有极多的断层,其地表的地面标高是+35.8m ,其工作面的标高范围是-831m ~-783m ,走向为1129m 。
此煤矿内的煤层是5.1m ,整体工作面呈现单斜走势,其单轴具有20M Pa 的抗压强度,冲击倾向大。
同时,煤层倾斜角度平均是23°,其基本顶是16.8m 厚的细粒砂岩、粉砂岩以及泥岩组合,而直接顶是粉砂岩,有7.02m 的厚度。
此煤矿场巷道具有22.83M Pa 的垂直应力。
以往在此处的采矿作业过程中,曾经出现过一次明显的冲击地压,巷道两侧发生过较大的变形,当时抛出了很多煤体,损坏了所有此区域内机电设施,并使3人受到了轻伤。
煤矿冲击地压区域应力监测与源头防治关键技术及示范应用
煤矿冲击地压区域应力监测与源头防治关键技术及示范应用1、引言随着我国经济的快速发展和能源需求的不断增加，煤矿资源逐渐成为我国能源供应的主要来源之一。
然而，煤矿开采过程中，由于地质条件的限制以及采矿技术的限制，冲击地压现象时常发生，引起严重的矿山灾害。
因此，在煤矿冲击地压区域应力监测与源头防治方面，研究关键技术，开展示范应用，对于保障煤矿生产安全具有重要意义。
2、冲击地压的概念冲击地压是指在采煤过程中，由于煤柱受到突出煤和后方煤体的影响而发生的一种地压现象。
由于受力突发且一般难以预测，往往会导致地表沉降、煤柱破坏以及矿井顶板垮落等严重后果。
3、冲击地压区域应力监测技术冲击地压区域应力监测技术是指通过对煤层应力进行实时监测，以便快速准确地预测冲击地压事件的发生，从而采取相应的防范措施。
目前，煤矿冲击地压区域应力监测主要采用的技术包括钢筋测力仪、综合地质仪器和数码测量等。
4、冲击地压源头防治技术冲击地压源头防治技术是指通过改变煤层力学性质或采矿参数，从源头上控制冲击地压事件的发生。
目前，煤矿冲击地压源头防治主要采用的技术包括压缩煤柱保护法、控制宽度采煤法和减小采高等。
5、关键技术的示范应用为了加强煤矿冲击地压区域应力监测与源头防治技术的示范应用，我国部分煤矿开展了一系列的研究。
例如湖南龙山煤矿采用了数控综采面区域应力实时监测技术和综合地质仪器进行冲击地压预测和预防；山东金鼎煤矿引进了压缩煤柱保护技术，并结合井下综合地质工作实现了冲击地压源头的防控。
6、总结煤矿冲击地压是煤矿生产过程中不可避免的灾害之一，对于煤矿生产安全具有重要影响。
煤矿冲击地压区域应力监测与源头防治技术的关键技术研究及示范应用，可为煤矿生产安全提供有力保障，促进我国煤炭资源的可持续发展。
一种煤矿冲击地压检测方法
一种煤矿冲击地压检测方法
煤矿冲击地压是指煤矿工作面进刀面中岩层破裂和冲击作用引起的地压现象。
为了及时监测和掌握煤矿冲击地压的变化情况，煤矿冲击地压检测方法也逐渐发展和改进。
下面介绍一种常见的煤矿冲击地压检测方法：
局部地压传感器法：通过安装在工作面采掘机上的局部地压传感器，实时、连续地测量和记录岩石体的应变变化，进而推算出地层应力和地层应变。
该方法主要包括以下步骤：
1. 选取煤层中合适的位置，在工作面采掘机上安装局部地压传感器，使传感器能够直接受到煤层冲击的应变变化。
2. 传感器通过连接线将采集到的应变信号传输到数据采集装置中，可以是单点传感器的信号采集电路，也可以是多点传感器的信号采集装置。
3. 数据采集装置将传感器采集到的应变信号转换成电信号并记录下来，可以通过实时显示装置直观地观察到岩体的变化。
4. 通过对应变信号进行分析和处理，计算出地层的应力和应变等参数，包括最大地压、封闭机构压力、后翻角度等。
5. 根据测量结果，及时调整采矿参数，采取合理的支护措施，以减轻地压对工
作面和作业人员的影响。
局部地压传感器法可以实时监测到冲击地压的变化情况，为煤矿生产管理人员提供科学的数据支持，有助于及时采取措施减轻冲击地压对煤矿生产的影响。
冲击地压监测系统(2)
防爆电源 主机
（光纤解调仪）
24芯光缆
12 34 传感器
6.3 ~ 9.5 少量片帮，Ⅰ级，弱冲击
Prb
ci t
Ue U0
9.5
14
~ 14 ~ 19
严重片帮，Ⅱ级，中等冲击爆 需要型支护，Ⅲ级，强烈冲击
19
严重破坏，Ⅳ级，极强冲击
冲击级别
无冲击
5 掘进工作面KJ649应力监测系统
该系统主要应用于矿井沿空小煤柱掘巷、构造应力区等高冲击危险掘进巷 道，对迎头后部200m区域内煤体应力状况进行监测。
KJ649系统实时监测效果图
KJ649系统功能
掘进工作面KJ649应力监测系统布置 沿空巷道迎头后实体下帮侧200m范围内，组间距25m；实体巷道迎头后部
冲击地压危险判据
二、局部监测 1.高精度KJ551微震监测系统
该系统主要对回采工作面震动信号的即时、连续、自动监测，能够准确计算出能量大于 100焦耳的震动发生的时间、能量及三维坐标，监测采场围岩三维破裂特征，确定出断裂层位。
KJ551微震系统实时监测效果图
KJ551微震系统功能
KJ551微震监测系统
4 回采工作面KJ550应力监测系统
该系统用于回采工作面超前300m范围内煤体应力状况实时监测。
KJ550系统实时监测效果图
KJ550系统功能
回采工作面KJ550应力监测系统布置
应力计测站间距25m，随工作面开采随撤随安装，保证不少于12组运行； 每组测站布置2个测点，孔深为13m和8m，间距2m。
矿井
数据实时分析，预警提醒
集团
各矿信息集中展示，全局掌控
远程数据分析
疑难问题，远程专家服务
冲击地压
2、微震法 煤和围岩在受力变形和破坏过程中，会发生破裂震动， 从震源传出震波或声波，当震波或声波的强度和频率达 到一定数值时，会出现煤岩体的突然破坏，发生冲击地 压。煤岩体内的震动波可以被安设在煤体内的探测仪器 （拾振器）所接收，经放大并记录下来。 微震法是通过记录采矿震动的能量、确定和分析震 动的方向以及对震中定位来评价和预测冲击地压。 微震法就是利用井下拾震仪站接收的直达P波起始 点的时间差，在特定的波速场条件下进行二维或三维定 位，以判定破坏地点，同时利用震相持续时间计算所释
2.6～3.0 ≥3.0
二、冲击地压的发生机理
冲击地压发生的根本原因是强度比较高的煤（岩）层，受 构造运动和开采形成的高强度应力集中。 1、冲击地压发生的影响因素 冲击地压的影响因素包括地质因素和开采技术因素。 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。 （1）开采深度的加大使煤体的应力增加，煤体变形和 积聚的弹性潜能增大，一般在达到冲击地压临界深度时发 生冲击地压。 （2）地质构造如褶皱、断裂、煤层倾角及厚度突然变 化等也影响冲击地压的发生。一般在褶曲和断层区域易于
冲击地压及其监测 方法
一、冲击地压的特征及分类 二、冲击地压的发生机理 三、冲击地压的监测方法
一、冲击地压的特征及分类
冲击地压现象是矿山压力显现的一种特殊形式， 可以描述为：矿山采动（采掘工作面）诱发高强度的煤 （岩）变形能瞬时释放，在相应采动空间引起强烈围岩 震动和挤出的现象。 1、冲击地压发生的地点及主要特征： （1）冲击地压的发生于地质构造有密切的关系，往 往发生在褶皱、断层及煤层变异性突出的部位主要受构 造应力的控制。 （2）发生冲击地压的煤层顶板往往具有坚硬的岩层， 这种岩层聚集高强度的变形能，是发生冲击地压的主要 驱动能量。 （3）发生在超前巷道的冲击地压，以巷道两帮煤体 抛出为主要特征，将巷道堵塞，甚至完全充实巷道空间。
冲击地压测定、监测与防治方法
冲击地压测定、监测与防治方法
地压是土壤对基础结构的长期作用产生的巨大而持续的应力，它
会对重要的结构设施产生破坏性的影响。
为了进行地压测定，一般使
用压测仪，用来监控这种应力的变化，估计偏心应力对结构的影响，
评估地压的影响，以及进行预防防护。
一般来说，地压测定可以分为两个主要步骤：土地调查、地压测定。
土地调查先要查明需要测定地压的地点，研究其土壤、岩石等性质，分析土地环境情况，以及代表性点处地压值比较，以便正确判断
所在区域地压变化趋势。
地压测定采用深层孔洞测试方法来确定地压，具体步骤是：1、
在测点处饲养探头；2、数据采集；3、数据处理；4、计算地压的大小；
5、结果比较；
6、确定地压负荷的穿透效应；
7、绘制穿透曲线，确定
地压变化趋势。
一旦确定地压，就可以采取相应措施来防护基础设施。
根据地压
的分布情况，可以采用不同的措施，具体有固定地基、调节地基、护
筑固结构等。
此外，还可以进行地压的动态监测，将地压数据（如负
荷和位移）存储在数据库中，定期检查，及时发现地压变化，以便做
出正确的判断和防护措施。
地压测定、监测和管理是保障建筑和结构安全运行的重要环节，
只有恰当采取措施，才能有效防止负荷或应力大小超出设计范围，避
免构筑物受损影响、脆弱起坍或破坏、坍塌等危险情况发生。
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（1）地质因素
开采深度
地质构造
（2）开采技术因素
开采多煤层时
煤岩结构及性能
任何造成应力集中的因素 （诱导因素 ），
如开采程序不合理、留设煤柱、相邻两层开采错
距不合适等
h
第九章 P10
§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.3 冲击地压发生理论
（1）刚度理论
提出
在20世纪60年代由Cook等人
理论认为 试件的刚度大于试验机构的刚度时
h
第九章 P12
9.3.3 冲击地压发生理论
图9.1
强度理论示意图
h
第九章 P13
9.3.3 冲击地压发生理论
（4）冲击倾向性理论
提出 由波兰和前苏联学者 煤岩体冲击倾向性 发生冲击地压的必要条件 我国学者提出 ① 用煤样的动态破坏时间（D t）、弹性能指数（WET）及冲 击能量指数（KE）三项指标综合判别煤的冲击倾向的实验 方法。 ② 两个冲击倾向性指标 弹性能指数WET、冲击能量指数KE
§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.1 冲击地压发生的原因及实现的条件
冲
根本原因
击
地
压
发
生
发生条件
强度比较高的煤（岩）层 受构造运动和开采 形成的高度应力集中
没有采取释放应力和能量措施
高应力集中部位的采动影响
h第九章 ຫໍສະໝຸດ 9§9.3 冲击地压发生的机理 ➢ 9.3.2 冲击地压发生的影响因素
多类型 、 条件复杂 、 随采深增加发展趋势严重等 ③ 诱发因素 如放炮、顶板来压期间、回柱（移架）等 ④ 冲击地压发生的地点及其主要特征 a 与地质构造有密切关系，往往发生在褶皱、断层及煤层
变异性突出的部位，主要受构造应力的控制
h
第九章 P3
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.1 冲击地压的特征
第九章 P5
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（2）按参与冲击的煤岩体类别
a 产生于煤体一围岩力学系统
煤层冲击 b
煤矿冲击地压的主要显现形式
a 高强度脆性岩石瞬间释放弹性能 岩层冲击
b 岩块从母体急剧、猛烈地抛出
● 对于煤体是顶底板岩层内弹性能的突然释放，又称围岩 冲击。按冲击位置又分顶板冲击和底板冲击。
① 基于相似条件下对冲击前兆进行归类
② 一般应考虑下列因素
a 本矿和邻矿的冲击地压现状和发展趋势
b 本煤层或邻层、邻区已发生过的冲击地压
c 顶板为单轴抗压强度大于70MPa的坚硬岩层
d 岛形或半岛形煤柱
e 支承压力影响区
h
第九章 P14
9.3.3 冲击地压发生理论
（5）三准则理论 我国学者李玉生等提出判定冲击地压发生的必要条件 强度准则、能量准则和冲击倾向性准则 应同时满足
（6）失稳理论 ① 根据岩石全应力—应变曲线 ② 介质的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一 ③ 提出了冲击地压是材料失稳的思想
h
第九章 P15
h
第九章 P6
§9.2 冲击地压的特征及其分类
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（3）根据冲击力源分类
重力型 由受重力作用引发，没有或有少量构造力的影响
构造型
主要由受构造力引起
中间型 重力和构造力共同作用引发
（4）按统计方法分类
①按冲击地压的破坏后果分类
a 一般冲击地压 b 破坏性冲击地压 c 冲击地压事故
9.3.3 冲击地压发生理论
（7）其它
① 20世纪70年代末
林天键、唐春安
将突变论 引入岩石力学
潘岳等学者
建立岩体结构失稳的突变模型
② 齐庆新等学者
提出 “三因素”理论
③ 谢和平院士
提出了冲击地压的分形特征
将分形几何引入冲击地压的研究
h
第九章 P16
§9.4 冲击地压的监测方法
➢ 9.4.1 对比法
②理论认为 较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍深部煤体 自身或煤体-围岩交界处的变形（图9.1），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。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。
第九章 冲击地压及其监测
§9.1 概述 §9.2 冲击地压的特征及其分类 §9.3 冲击地压发生的机理 §9.4 冲击地压的监测方法 §9.5 冲击地压的预防
h
第九章 P1
§9.1 概 述
➢ 冲击地压（岩爆）
产生 瞬间释放煤岩体变形能，引起强烈围岩震动
危害 支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员等
➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（1）根据冲击地压的能量特征按冲击时释放的地震能大小
表9.1 按冲击时释放的地震能大小分类
冲击地压级别
地震能J 震中的地震中裂度（级）
微冲击（射落、微震） ＜10
弱冲击
10~102
中等冲击
102~104
强烈冲击
104~107
灾害性冲击
＞107
h
＜1 1~2 2~3.5 3.5~5 ＞5
开采深度影响
随采深冲击地压发生频次和烈度增大
➢ 冲击地压发生原因复杂，影响因素多
预防冲击地压对巷道围岩稳定性的破坏已成为矿产资源开采 过程中一个急需解决的最关键、最棘手的问题。
h
第九章 P2
§9.2 冲击地压的特征及其分类 ➢ 9.2.1 冲击地压的特征
① 共有特征 突发性、 瞬时震动性、 破坏性 ② 我国煤矿冲击地压突出特点
h
第九章 P7
§9.2 冲击地压的特征及其分类 ➢ 9.2.2 冲击地压的分类
（4）按统计方法分类 ②按显现强度分级 按里氏地震计分级，见表9.2
表9.2 按显现强度分级
等级
1
2
3
4
5
6
里氏地震级 0.5-1.0 1.1-1.5 1.6-2.0 2.1-2.5 2.6-3.0 ≥3.0
h
第九章 P8
④ 冲击地压发生的地点及其主要特征
b具有坚硬的岩层的煤层顶板，该岩层聚集高强度的变形 能
c发生在超前巷道的冲击地压，以巷道两帮煤体抛出为主要 特征
d发生在工作面的冲击地压，一般表现为大面积冲击现象
e在留有底煤的采场发生时，以底臌和煤岩压入采场空间为
主要显现特征
h
第九章 P4
§9.2 冲击地压的特征及其分类
破坏是不稳定的，煤岩体呈现突然的脆性破坏
（2）能量理论
① 从能量转化方面 解释冲压成因
② 理论认为 冲击地压发生的条件为矿体-围岩系统在其 力学平衡状态失稳所释放的能量大于所消耗的能量
h
第九章 P11
9.3.3 冲击地压发生理论
（3）强度理论
①冲击地压发生的应力条件：
*
即矿山压力大于煤体-围岩力学系统的综合强度