冲击矿压的影响因素及防治

【摘要】冲击矿压是煤矿重大灾害之一，随着煤矿采深的增加，矿井发生冲击地压的机率也大
大增加，冲击矿压是岩石力学中的疑难问题，通常是由煤岩体的原岩应力受采掘活动破坏，在
受场周围的岩体积聚能量达到极限强度后突然释放，导致煤岩层瞬时破坏，产生的压力将煤岩
抛向巷道或采场，同时发生强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，同时破坏巷道支护，引
发或可能引发其他矿井灾害，如瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时，严
重时造成人员伤亡，地面震动或建筑物破坏等。因此，加大对冲击地压的研究，优化开采设计，
是矿井安全管理的一项重要内容。

【关键词】冲击矿压；影响因素；防治措施
一、冲击地压的突出特点
1.突然性。冲击地压发生前，一般没有明显预兆，突然发生过程短暂，很难在事发前确定
发生的地点、强度和时间。
2.冲击强度大。煤岩体内所积聚的弹性因突然释放所产生冲击波非常强大。伴有巨大的声
响和强烈的震动，造成电机车等重型设备被移动或歪斜，人员站立不稳被弹起或被冲击波冲倒，
震动波及范围可达几千米甚至几十千米，一般震动持续时间不会超过几十秒。
3.破坏严重。冲击地压发生时，常导致顶板下沉、底板突起或两帮煤岩体塌落。据事故现
场观测，冲击地压造成煤帮抛射性塌落，多发生在煤帮上部到顶板的一段，越靠近顶板塌落越
深，强烈冲击时，塌落深度可达1.5m～2.0m。在煤岩体浅部发生冲击时煤体发生移动，煤体移
动时在顶板接触面上留有明显的冲击擦痕。底板鼓起导致导轨扭曲变形。冲击地压发生后，冲
击源附近巷道会变形严重时，甚至被堵死。
4.复杂性。在煤层赋存条件上，除褐煤以外的各煤种均冲击记录，开采深度在200m以下，
地质条件划分从简单到复杂，煤层厚度从薄到厚，煤层倾角从水平到急倾斜，顶板岩性砂岩、
灰岩、页岩等都发生过冲击矿压。回采工艺不论水平、炮采、机采、综采全部垮落法或水力充
填等各种采煤工艺都发生过冲击地压。
随着，开采深度的增加，矿井的开采条件越来越复杂，冲击地压所造成的矿井灾害也日趋
严重。所以深入探讨发生冲击地压的影响因素，有针对性地采取预测和预防措施是十分必要的。
二、发生冲击矿压的影响因素
1.开采深度因素。随着采深的延伸，煤层承受上部岩层的压力越来越大，煤层及其围岩的
应力越来越高，冲击地压的发生频率逐渐增加。就开采技术条件而论，任何一个发生冲击地压
的矿井都存在发临界深度的问题，不同地质与开采条件的冲击地压其临界深度不同，我国煤矿
的条件下，发生冲击矿压的最小采深为200m～540m，平均380m。700m时发生冲击矿压的次数
大大高于400m时的次数。
2.开采条件因素。顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发
生的主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断
过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致冲击矿压发生。煤层厚度
对发生冲击矿压也有影响，煤层越厚，发生冲击矿压越多，越强烈。煤的湿度也有影响作用。
因为煤层含水后，可使煤层的弹性减小，强度降低。塑性增加，能减缓发生冲击矿压的危险。
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。
3.地质构造因素。实践证明，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。
4.开采技术对冲击矿压的影响。冲击矿压大多数发生在巷道（72.6%），采场则较少（27.4%）。
残采区和停采线对冲击矿压发生影响较大。从统计结果看，89%的冲击矿压发生在残采区，停采
线，断层区域或煤层超采的地方。（1）开采设计和开采顺序。当在几个煤层中同时布置几个采
面时，采面的布置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。冲击矿压经常出现在采面
向采空区推进时；在距采空区15m～40m的应力集中区内掘进巷道；两个采面相向推进时及两个
近距离煤层中的两个采面同时开采时。（2）上覆煤层工作面停采线和煤柱的影响。上覆煤层工
作面的停采线和煤柱形成的应力集中对下部煤层造成了很大的威胁，是冲击矿压得危险性有很
大的增加。（3）采空区的影响。当工作面接近已有的采空区，其距离为20m～30m时，冲击矿压
危险性随之增加。（4）开采区域的影响。在煤层开采面积增加的情况下，岩体的震动能量也随
之增加。研究表明，当开采面积为3万m2时，释放的单位面积的震动能量为最大。
三、冲击矿压的防治
1.合理的开拓布置和开采方式。实践证明，合理的开拓布置和开采方式对于避免应力集中
和叠加，防止冲击矿压关系极大。大量实例证明多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的。
不正确的开拓开采方式一经形成就难以改变，临到煤层开采时，只能采取局部措施，而且耗费
很大，效果有限。故合理的开拓布置和开采方式是防治冲击矿压得根本措施。（1）划分采区时，
应保证合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中区。因为煤柱承受的压力很高，
特别是岛形或半岛形煤柱，要承受几个方面的叠加应力，最容易产生冲击矿压，因此应尽量避
孤岛工作面的形成。（2）采用钻粉率指标法、地音法、微震法等方法进行监测监控，加强预测
预报制度。（3）采区或盘区的采面应朝一个方向推进，避免相向开采，以免应力叠加。因为相
向采煤时上山煤柱逐渐减小，支撑压力逐渐增大，很容易引起冲击矿压，应避免在高应力状态
下掘进。在向斜和背斜构造区，应从轴部开始回采，在构造盆地应从盆地开始回采；在有断层
和采空区的条件下应从采用断层或采空区开始回采的开采程序。（4）有冲击危险的煤层的开拓
或准备巷道、永久硐室、主要上（下）山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危
险煤层中，以利于维护和减小冲击危险。回采巷道应尽可能避开支撑压力峰值范围，采用宽巷
掘进，少用或不用双巷或多巷同时平行掘进。（5）开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤柱垮
落法管理顶板的长壁开采法。回采线应尽量是直线且有规律地推进。（6）在地质构造等特殊部
位，应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序。（7）顶板管理采用全部垮落法，工作面
支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。按照煤炭安全规程要求对有冲击地压的煤层，
应根据顶板岩性掘进宽巷或沿采空区边缘掘进巷道，巷道支护应采用可缩性支架，严禁采用混
凝土、金属等刚性支架。有严重冲击地压的厚煤层中，所有巷道都应布置在应力集中圈外。煤
巷双巷掘进时，2条平行巷道之间的煤柱不得小于8m，联络巷道应与2条平行巷道成直角。
2.开采解放层。一个煤层（或分层）先采，能使临近煤层的矿压在一定程度上得到缓解。这种
卸载开采称之为开采解放层。先采的解放层必须根据煤层赋存条件选择无冲击倾向或弱冲击倾
向的煤层。实施时必须保证开采的时间和空间有效性。先采煤层要尽量避免留设煤柱，使被卸
载煤层得到最大限度的“解放”。
四、冲击危险的解危措施
1.钻孔卸压。在应力集中区煤岩层中施工钻孔，使钻孔周围的煤体受力状态发生变化，破
坏应力集中区的煤、岩层整体性，使煤体卸载，让煤层支承压力的分布发生变化，压力峰值会
向煤体深部转移，释放积聚在煤、岩层中的弹性能。卸压效果可根据应力及岩性具体情况，通
过采用不同直径钻杆或控制卸压区钻孔的疏密程度来控制。支承压力愈高，钻孔的破坏范围愈
大，煤层积聚的应力愈高，直径卸压的效果越理想。
2.煤层注水。煤层预注水的目的主要是降低煤体的弹性和强度。通过注水，人为的在煤岩
内部造成一系列的弱面，使相邻巷道、采煤工作面的煤岩层边缘区内部粘结力降低，使其软化，
降低了煤的强度，增加塑性变形能量，降低岩层其弹性，减少其潜能。注水后，煤的湿度平均
增加1.0%～2.2%时，可使其单向受压的塑性变形量增加13.3%～14.5%。
3.爆破卸压。爆破卸压是一种特殊爆破，它是在确保安全的条件下，用爆破方法使煤层产
生裂隙松动，释放煤层积聚的应力能量。爆破卸压的主要任务是爆破炸药，形成强烈的冲击波，
使得煤、岩体产生裂隙破坏，分为卸载爆破和诱发爆破两种方式：一是卸载爆破。是在高应力
积聚区附近施工钻孔，钻孔深度一般在大于5m，在钻孔中装药爆破，爆破后压力峰值区的形状
被产生位移、压力被分散、减小。爆破深度越接近支承压力带峰值位置，效果越好。二是诱发
爆破。目的是在有冲击地压危险的高应力集中区域，进行预先设计的大药量、高强度的爆破，
诱发冲击地压。诱发冲击地压跟在采掘活动时产生冲击地压的危害程度是不同的，诱发冲击能
避免对人员安全的威胁。
4.强制放顶。当煤层上部为灰岩、砂岩等坚硬厚层老顶时，悬顶面积大容易聚积大量的弹
性能。为防止顶板岩层达到跨度和应力极限时，弹性能突然释放，导致冲击矿压发生。在顶板
采取注水或施工钻孔的方式，强制放顶卸压控制顶板，也是有效防治冲击地压发生的措施。
五、结论
经过长时间开采，煤矿面临的开采条件越来越复杂，在开采边角煤或各类保护煤柱，甚至
在设计不合理的工作面开采或巷道掘进中都容易发生冲击矿压，造成严重的自然灾害。所以，
对冲击地压进行深入的研究和探索，积累宝贵经验，掌握其成因和发生机理和影响因素，针对
具体情况采取有效的防治手段，是消除或减少冲击矿压事故，矿井实现安全生产的重要保障。