冲击地压防治技术

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五、冲击地压发生的原因
原 因
自然的
技术的
组织管理的
较 大 的 原 岩 应 力
地 层 中 的 厚 岩 层
煤 岩 冲 击 倾 向 性
局 部 应 力 集 中
生 产 过 度 集 中
采 矿 地 质 因 素 限 制
防 治 措 施 的 限 制
煤 层 的 超 量 开 采
无 投 资 及 投 资 没 到 位
防 治 措 施 采 取 不 到 位
冲击地压综合防治技术
郑书贤
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前言
在我国，最早发生冲击地压的是抚顺胜利矿，北京、 大同、北票、衮州、新汶、枣庄、徐州、华亭、阜新、 义煤以及抚顺都是冲击地压比较严重的集团公司。随着 采深的增加，冲击地压问题越来越突出，当回采深度达 到300m左右时，一般就会出现轻微的冲击地压。随着开 采深度的增加，冲击地压显现越来越频繁，冲击强度及 破坏程度也越来越大。据不完全统计，国有矿井有冲击 矿压危险矿井占20%以上，有冲击地压记录的矿井就有 150多处，最大一次发生在徐州矿务局三河尖煤矿，引 发地震震级4级，一次性破坏巷道500m。随开采向深部 转移，冲击地压问题将更加严重、更加突出、更为普遍。
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二、冲击地压的危害 1、严重损坏巷道，瞬间使巷道断面收缩变小，损 坏支架，严重时使巷道顶底板合拢； 2、损坏设备，在冲击地压发生瞬间，使设备颠覆移 位、损坏变形； 3、摧毁通风设施，强大的冲击波会摧毁风门和掘 进工作面的风筒； 4、造成人员伤亡，人员大部分受撞击、冲击波和埋 没伤害。 5、可能引发瓦斯次生事故。2006年2月14日，阜新瓦 斯爆炸事故是由于冲击地压造成瞬间瓦斯大量涌出引 发的。
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四、冲击地压分类 根据冲击显现强度，可分为四类： 1、弹射，单个碎块从高应力状态下的煤体上弹射 出来，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。 2、矿震，它是内部或深部的冲击地压，即深部的 煤或岩体发生破坏，但煤或岩石不向已采空间内抛出， 只有片帮或散落现象，有声响，产生煤尘。 3、弱冲击，煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性 不大，对支架、机器设备基本上没有损坏，围岩产生 震动伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有 大量瓦斯涌出。一般震级在2.2以下。 4、强冲击，部分煤和岩体急剧破坏，大量向已采 空间抛出，出现支架折损，设备移动和围岩震动伴有 巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波，一般震级在 13 2.3级以上。
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前言
义马煤田主力矿井千秋煤矿、跃进煤矿、常村煤 矿和耿村煤矿采深已接近和超过600米，冲击地压已 经显现并成为矿井的重要灾害。自2006年来，义马煤 田冲击地压发生49次，其中破坏严重的有2次。 一是发生在千秋煤矿采深达750 m 的21201工作面 下巷2008年“6.5”冲击地压事故，受损巷道630 m， 其中105 m巷道合拢，突出煤量3975吨，涌出瓦斯1700 m3，瓦斯浓度最高达8.1％，造成13人死亡。 二是跃进煤矿：2007年“6.19”冲击地压事故， 发生在25080工作面下巷-460 m水平，采深达970 m，造 成近300 m巷道顶底闭合或半闭合，四人受伤，工作 面停产12天，直接经济损失1000多万元。
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煤柱中掘进
巷道贯通
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6、外力影响 当煤层受压达到极限状态时，引发冲击地压往 往有一个外力的影响。如放炮、机械切割煤体的震 动。特别是掘进机在高瓦斯、高压力的掘进面切割 煤体的有规律连续振动，形成共振，使煤体抗压强 度下降迅速破坏而产生冲击地压。
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七、冲击地压的预测方法 1 、综合指数法 就是在分析已发生的各种冲击地压灾害 的基础上，分析各种采矿地质因素对冲击地压发生的影响，确 定各种因素的影响权重，然后将其综合起来，建立的冲击地压 危险性预测预报的一种方法。危险程度分析与早期预报冲击地 压危险状态决定因素有： ⑴岩体应力：是由于采深、构造及开采历史造成的，其中残留 煤柱和停采线上的应力集中将长期作用，而采空区卸压在一定 时间后会消失。 ⑵岩体特性：特别是形成高能量震动的倾向。这主要来自厚层、 高强度的顶板岩层，减小顶板岩层的强度，增加岩层的分层数 目可限制大震动的发生。 ⑶煤层特性：主要是在超过某个压力标准时的动力破坏倾向性， 对于所有的煤层来说，条件满足时，都会发生冲击，但对于弱 冲击煤层来说，所要求的压力值要远远大于具有冲击倾向性的 煤层。
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前言
由于冲击地压发生机理十分复杂，影响因素繁多， 各矿井的地质条件，开采方式等等都不同，使冲击地 压的防治具有极高的技术难度。到目前为止，国际岩 石力学界和采矿工程界的专家学者都给予广泛的关注 和投入，进行了大量研究工作，冲击地压的防治依然 是世界性的难题。通过多年的研究，在发生的机理上 和预测预报方法及解危防护措施方面已取得很大成果， 对减少冲击地压造成的危害，起到了十分显著的作用。 各矿山企业和科研人员也都在努力研究，积极开发有 效的预测和解危技术，努力使防治工作更具主动性。
四、冲击地压分类 根据煤体应力状态不同可分三类： 1、重力型，主要受重力作用，没有或只有极小 构造应力影响。 2、构造应力型，构造应力超过岩层自重应力， 主要受构造应力的作用。 3、中间型或重力——构造型，受重力和构造应 力的共同作用。
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四、冲击地压分类 既考虑冲击强度也考虑抛出煤量，可分为三类。 1、轻微冲击（级），抛出煤量10吨以下，强度在 里氏震级1.0级以下。 2、中等冲击（级）抛出煤量10~50吨，冲击强度 在里氏1~2级。 3、强烈冲击（级），抛出煤量50吨以上，冲击 强度在2 级以上。 根据发生地点和位臵，可分为两大类： 1、煤体冲击，发生在煤体内，根据冲击深度和 强度又分为浅部冲击和深部冲击。 2、围岩冲击，发生在顶、底板岩层内，根据位 臵分顶板冲击和底板冲击。
KBD7电磁辐射仪
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电磁辐射日报表
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7、煤层围岩压力--变形观测法 采掘活动在煤层和顶底板中将引起各种形式的 矿山压力显现，其中支承压力有着特殊的意义。 支承压力的大小、分布是多因素影响的结果。在 发生冲击地压过程中，支承压力特别是动压显现 起着重要作用。因此利用它的显现规律可以预测 冲击地压。工作面安装顶板压力动态监测系统， 对工作面支架进行支架阻力观测，以便掌握全面 支架受力情况，及时对工作面顶板来压情况进行 全面预报分析，为工作面安全推采提供可靠的顶 板来压预报。
4、微震法
该方法属于区域性监测方法，能自动记录微 震活动，实时进行震源定位和微震能量计算。是 利用拾震仪接收的直达P波起始点的时间差，在特 定条件的波速场条件下进行二维或三维定位，以 判定破坏点，同时利用震相持续时间计算所释放 的能量和震级，并将相关数据标入采掘工程图和 上报显示给生产指挥体系，以便及时采取措施。
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6、电磁辐射法 该方法属于局部监测预报方法。电磁辐射可用 来预测煤岩灾害动力现象。其主要参数是电磁辐射 强度和脉冲数。电磁辐射强度主要反映煤岩体的受 载程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映煤岩体变 形及微破裂的频次。
工作面KBD-5型流动电磁辐射仪测点布置
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KBD-5型流动电磁辐射仪监测
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三、冲击地压的特点 1、突发性 没有明显的宏观前兆，难于事先准确 确定发生的时间地点和强度。 2、瞬时震动性 发生过程短暂，象放炮一样，有 声响和强烈的震动，震动波及范围可达几公里，至几 十公里，地面有地震感觉。 3、巨大破坏性 有时顶板瞬间明显下沉，有时底 板突然开裂鼓起甚至接顶，造成设备损坏和人身伤害。 4、复杂性 发生原因复杂、防治措施复杂。
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主要内容 :
一、什么是冲击地压 二、冲击地压的危害 三、冲击地压的特点 四、冲击地压分类 五、冲击地压发生的原因 六、冲击地压的影响因素 七、冲击地压的预测方法 八、冲击地压的防治措施 九、安全防护措施
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一、什么是冲击地压 煤矿在开采过程中，在高应力状态下，积聚着大 量能量的煤岩体，在特定条件下突然发生破坏，而使 能量突然释放。冲击地压现象是一种以急剧、猛烈破 坏为特征的矿山压力动力现象。冲击地压常伴有很大 的声响，岩体震动和冲击波，在一定的范围内可以感 到地震，有时向采空空间抛出大量的碎煤或岩块，形 成很多煤尘，有时还释放出大量的瓦斯，常导致巷道 遭到破坏，设备移动和空间被堵塞。
采 矿 作 业 不 当
缺 乏 培 训 违 反 规 程
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六、冲击地压的影响因素 1、开采深度 据统计说明开采深度越大，冲击地压发生的可 能性越大，一般在≤350m不发生，350~500m在一定 程度上危险逐步增加，从500m开始，随开采深度增 加，冲击危险性急剧增长。全国各大煤矿首次发生 冲击地压的深度在200~600m之间，我们抚顺胜利矿 在300m深时发生冲击地压，老虎台矿在-225m水平时， 出现轻度冲击地压，到-580m水平时发生破坏性冲击 地压，因此冲击地压是受开采深度直接影响的。 2、顶板、岩层结构特点 厚度大的坚硬岩层顶板发生冲击地压的可能性 很大，并且容易引起较大强度的冲击地压。因为采 空区形成的大面积悬顶在垮落时，释放的弹性能较 大。
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2、计算机数值模拟法
目前世界上比较通用的分析模拟程序有FLCA、 UDEC、ANSYS等，其采用的方法主要是有限元法、 边界元法、离散元法等。

3、钻屑法
该方法属于局部监测方法，是通过在煤层中 打一直径为42mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其 变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种 方法。
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微震监测系统示意图
观测站机房 记录仪 避雷器 采集仪 分析仪 打印机
总 线
探 头
避雷器
探 头 地表面
井 筒
探 头 探 头 探 头
探 头
探 头
探 头
探 头 探 头
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5、地音法 该方法属于局部监测预报方法，是根据岩体地音 的参数与局部应力场的变化来进行的，以脉冲形式记 录弱的、低能量的地音现象。其主要特性是振动频率 从几十到至少2000Hz或更高；能量低于100J，下限不 定；振动范围从几米到大约200m。采用的方法主要有 站式的连续监测和便携式流动地音监测。用来监测和 评价局部震动的危险状态及随时间的变化情况。主要 记录声发射频度（脉冲数量）、一定时间内脉冲能量 的总和、采矿地质条件及采矿活动等。