新兴矿冲击地压机理分析

舒彦民+刘永立+秦涛

摘要： 在煤矿生产中，多方面的原因都有可能造成冲击地压的产生，为了对其进行有效的控制，首先要掌握其发生的机理。本文以新兴矿为例并结合现场的实际情况分析了新兴矿产生冲击地压的机理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

关键词： 冲击地压；岩石性质；应力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新兴矿冲击地压统计分析

自2007年6月22日以来，新兴矿工作面发生的冲击地压次数为：41051工作面发生两次，41061工作面发生七次，41062工作面发生55次，41081工作面发生七次，如图1所示。其中41051、41061和41081工作面的冲击地压均发生在工作面上，而41062工作面发生的冲击地压分别在上巷和工作面上的次数各为29和26。对四个工作面的冲击位置进行统计发现，发生在上巷和工作面的次数分别为29和42，分别占40.8%和59.2%。

2 新兴矿冲击地压影响因素分析

2.1 煤岩层冲击倾向性 煤岩层的冲击倾向作为产生冲击地压的必要条件，通过测定煤岩层的冲击倾向性能够对煤岩层是否积聚大量能力以及在破坏瞬间的释放属性做出有效的判断。

表1为新兴煤矿不同开采层的煤岩冲击倾向性鉴定结果，此结果表明：六采区的58层煤岩的煤层具有较大的弹性能和冲击能，由于动态破坏时间较短从而表现为强冲击倾向性。此外，58层的顶板和底板岩层也具有较大的弯曲能量，且表现为中等冲击倾向性。

■

2.2 煤岩含水率及浸润性的影响

影响冲击地压发生的内在因素除了煤岩体的冲击倾向性外，煤岩的厚度、强度、弹脆性、含水率及浸润性等都是比较重要的影响因素。

从煤层的自然含水率看，具有冲击危险性的煤层，自然含水率通常较低，最大不超过5%。新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均含水率（见表2）都很低，远远低于5%，这样就使得新兴矿煤岩坚硬，性脆，能很容易地积聚发生冲击地压所需要的弹性能。

表2 新兴矿煤岩试样自然含水率实验结果

■

大量的研究表明，煤系地层岩层的单向抗压强度随着其含水量的增加而降低。同样，煤的强度与冲击倾向性指数也随着煤的湿度的增加而降低。但新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均吸水率（见表3）都很低，远远低于5%，说明采取注水措施对降低新兴矿煤岩强度和冲击倾向性的效果不是很理想。

表3 新兴矿煤岩试样自然吸水率实验结果

■

2.3 开采深度及地应力的影响

之所以说新兴煤矿目前已经具备了发生冲击地压的条件，那是因为65煤层和67煤层的平均开采深度分别达到了500m和557m，这个开采深度已经达到了我国煤矿冲击地压频繁发生的临界开采深度。

此外，对新兴煤矿前石门两位置的地应力进行测试结果为：最大主应力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之间为最大主应力的分布方向；主应力与水平面的夹角为6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平应力的实测值为理论计算值的六倍以上，由此说明，新兴煤矿已经具有十分明显的构造应力场。

2.4 坚硬顶板的影响

新兴煤矿的主采煤层基本为三硬条件。主采的48、49和65层煤的老顶不仅最厚而且十分坚硬，从而具备冲击地压的形成条件。由于该矿的主采煤层的倾角较大，从而采用下行开采顺序。由于各个开采工作面上的一区段已经被采空，因此，巷道采用沿空留巷。倾斜和急倾斜煤岩层由于受到重力作用使得煤岩体跨落倾向于工作面下巷方向，因此，开采工作面上巷始终承受同层上区段采空区悬臂顶板的压力，从而不仅增大了上巷和工作面的上隅角压力，还增大了应力集中系数。

对于坚硬的顶板，为了减小顶板来压时的强度和冲击性，可以对其进行爆破，通过人为的切断顶板促进采空区顶板冒落，从而削弱采空区与待采区之间的顶板连续性。此外，通过爆破还可以改变顶板的力学特性从而释放顶板集聚的能量，最终达到了防治冲击地压产生的目的。

2.5 地应力、瓦斯压力和采动应力的叠加影响

①地应力的影响作用。地应力作用是产生冲击地压的重要原因之一。在新兴煤矿的地应力中以水平应力为主，最大水平应力值的实际值是理论计算值的六倍以上，因此，显现出十分明显的构造应力场。

②瓦斯压力的影响作用。新兴煤矿主采煤层之一的48层，存在较大的吸附性瓦斯，从打抽放钻孔观察来看瓦斯压力较大。

③采动应力的叠加作用。由于采动工作面产生的采动应力和地应力叠加后，增加了工作面发生冲击地压的可能性。

新兴矿主采48层煤的41081工作面，既有煤与瓦斯突出灾害发生，又有冲击地压灾害发生。该工作面老顶厚达10m，煤的吸附性强，吸附瓦斯大，表现在工作面割煤时，回风流瓦斯经常超限。

3 总结

总之，对冲击地压产生影响的因素主要包括以下四方面：

第一，地质构造：对围岩的初始地应力场起到了决定性作用；第二，地层岩性：主要包括岩体结构、岩石强度、脆弹性质和储能性，这些对冲击地压的烈度起到了决定性作用；第三，工作面的开采情况：决定了围岩的二次应力场即次生应力的大小、分布和应力集中情况；第四，煤层的埋藏深度：对自重应力场起到了决定性作用。

参考文献：

[1]熊俊杰.矿井冲击地压危险源辨识与风险评价[D].河南理工大学，2012.

[2]姜耀东，潘一山，姜福兴，窦林名，鞠杨.我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报，2014（02）.

[3]王涛，王曌华，刘华博，关云鹏，詹绍建.冲击地压后瓦斯异常涌出条件及致灾原因分析[J].煤炭学报，2014（02）.

摘要： 在煤矿生产中，多方面的原因都有可能造成冲击地压的产生，为了对其进行有效的控制，首先要掌握其发生的机理。本文以新兴矿为例并结合现场的实际情况分析了新兴矿产生冲击地压的机理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

关键词： 冲击地压；岩石性质；应力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新兴矿冲击地压统计分析

自2007年6月22日以来，新兴矿工作面发生的冲击地压次数为：41051工作面发生两次，41061工作面发生七次，41062工作面发生55次，41081工作面发生七次，如图1所示。其中41051、41061和41081工作面的冲击地压均发生在工作面上，而41062工作面发生的冲击地压分别在上巷和工作面上的次数各为29和26。对四个工作面的冲击位置进行统计发现，发生在上巷和工作面的次数分别为29和42，分别占40.8%和59.2%。

2 新兴矿冲击地压影响因素分析

2.1 煤岩层冲击倾向性 煤岩层的冲击倾向作为产生冲击地压的必要条件，通过测定煤岩层的冲击倾向性能够对煤岩层是否积聚大量能力以及在破坏瞬间的释放属性做出有效的判断。

表1为新兴煤矿不同开采层的煤岩冲击倾向性鉴定结果，此结果表明：六采区的58层煤岩的煤层具有较大的弹性能和冲击能，由于动态破坏时间较短从而表现为强冲击倾向性。此外，58层的顶板和底板岩层也具有较大的弯曲能量，且表现为中等冲击倾向性。

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2.2 煤岩含水率及浸润性的影响

影响冲击地压发生的内在因素除了煤岩体的冲击倾向性外，煤岩的厚度、强度、弹脆性、含水率及浸润性等都是比较重要的影响因素。

从煤层的自然含水率看，具有冲击危险性的煤层，自然含水率通常较低，最大不超过5%。新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均含水率（见表2）都很低，远远低于5%，这样就使得新兴矿煤岩坚硬，性脆，能很容易地积聚发生冲击地压所需要的弹性能。

表2 新兴矿煤岩试样自然含水率实验结果

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大量的研究表明，煤系地层岩层的单向抗压强度随着其含水量的增加而降低。同样，煤的强度与冲击倾向性指数也随着煤的湿度的增加而降低。但新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均吸水率（见表3）都很低，远远低于5%，说明采取注水措施对降低新兴矿煤岩强度和冲击倾向性的效果不是很理想。

表3 新兴矿煤岩试样自然吸水率实验结果

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2.3 开采深度及地应力的影响

之所以说新兴煤矿目前已经具备了发生冲击地压的条件，那是因为65煤层和67煤层的平均开采深度分别达到了500m和557m，这个开采深度已经达到了我国煤矿冲击地压频繁发生的临界开采深度。

此外，对新兴煤矿前石门两位置的地应力进行测试结果为：最大主应力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之间为最大主应力的分布方向；主应力与水平面的夹角为6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平应力的实测值为理论计算值的六倍以上，由此说明，新兴煤矿已经具有十分明显的构造应力场。

2.4 坚硬顶板的影响

新兴煤矿的主采煤层基本为三硬条件。主采的48、49和65层煤的老顶不仅最厚而且十分坚硬，从而具备冲击地压的形成条件。由于该矿的主采煤层的倾角较大，从而采用下行开采顺序。由于各个开采工作面上的一区段已经被采空，因此，巷道采用沿空留巷。倾斜和急倾斜煤岩层由于受到重力作用使得煤岩体跨落倾向于工作面下巷方向，因此，开采工作面上巷始终承受同层上区段采空区悬臂顶板的压力，从而不仅增大了上巷和工作面的上隅角压力，还增大了应力集中系数。

对于坚硬的顶板，为了减小顶板来压时的强度和冲击性，可以对其进行爆破，通过人为的切断顶板促进采空区顶板冒落，从而削弱采空区与待采区之间的顶板连续性。此外，通过爆破还可以改变顶板的力学特性从而释放顶板集聚的能量，最终达到了防治冲击地压产生的目的。

2.5 地应力、瓦斯压力和采动应力的叠加影响

①地应力的影响作用。地应力作用是产生冲击地压的重要原因之一。在新兴煤矿的地应力中以水平应力为主，最大水平应力值的实际值是理论计算值的六倍以上，因此，显现出十分明显的构造应力场。

②瓦斯压力的影响作用。新兴煤矿主采煤层之一的48层，存在较大的吸附性瓦斯，从打抽放钻孔观察来看瓦斯压力较大。

③采动应力的叠加作用。由于采动工作面产生的采动应力和地应力叠加后，增加了工作面发生冲击地压的可能性。

新兴矿主采48层煤的41081工作面，既有煤与瓦斯突出灾害发生，又有冲击地压灾害发生。该工作面老顶厚达10m，煤的吸附性强，吸附瓦斯大，表现在工作面割煤时，回风流瓦斯经常超限。

3 总结

总之，对冲击地压产生影响的因素主要包括以下四方面：

第一，地质构造：对围岩的初始地应力场起到了决定性作用；第二，地层岩性：主要包括岩体结构、岩石强度、脆弹性质和储能性，这些对冲击地压的烈度起到了决定性作用；第三，工作面的开采情况：决定了围岩的二次应力场即次生应力的大小、分布和应力集中情况；第四，煤层的埋藏深度：对自重应力场起到了决定性作用。

参考文献：

[1]熊俊杰.矿井冲击地压危险源辨识与风险评价[D].河南理工大学，2012.

[2]姜耀东，潘一山，姜福兴，窦林名，鞠杨.我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报，2014（02）.

[3]王涛，王曌华，刘华博，关云鹏，詹绍建.冲击地压后瓦斯异常涌出条件及致灾原因分析[J].煤炭学报，2014（02）.

摘要： 在煤矿生产中，多方面的原因都有可能造成冲击地压的产生，为了对其进行有效的控制，首先要掌握其发生的机理。本文以新兴矿为例并结合现场的实际情况分析了新兴矿产生冲击地压的机理。

Abstract： In the coal mine production， many causes may result in the generation of rock burst. In order to effectively control rock burst， the mechanisms of its occurrence must be understood firstly. In this paper， with an example of emerging mine and the actual situation， the mechanism of rock burst in Xinxing Coal Mine is analyzed.

关键词： 冲击地压；岩石性质；应力分布

Key words： rock burst；rock properties；stress distribution

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0025-02

1 新兴矿冲击地压统计分析

自2007年6月22日以来，新兴矿工作面发生的冲击地压次数为：41051工作面发生两次，41061工作面发生七次，41062工作面发生55次，41081工作面发生七次，如图1所示。其中41051、41061和41081工作面的冲击地压均发生在工作面上，而41062工作面发生的冲击地压分别在上巷和工作面上的次数各为29和26。对四个工作面的冲击位置进行统计发现，发生在上巷和工作面的次数分别为29和42，分别占40.8%和59.2%。

2 新兴矿冲击地压影响因素分析

2.1 煤岩层冲击倾向性 煤岩层的冲击倾向作为产生冲击地压的必要条件，通过测定煤岩层的冲击倾向性能够对煤岩层是否积聚大量能力以及在破坏瞬间的释放属性做出有效的判断。

表1为新兴煤矿不同开采层的煤岩冲击倾向性鉴定结果，此结果表明：六采区的58层煤岩的煤层具有较大的弹性能和冲击能，由于动态破坏时间较短从而表现为强冲击倾向性。此外，58层的顶板和底板岩层也具有较大的弯曲能量，且表现为中等冲击倾向性。

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2.2 煤岩含水率及浸润性的影响

影响冲击地压发生的内在因素除了煤岩体的冲击倾向性外，煤岩的厚度、强度、弹脆性、含水率及浸润性等都是比较重要的影响因素。

从煤层的自然含水率看，具有冲击危险性的煤层，自然含水率通常较低，最大不超过5%。新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均含水率（见表2）都很低，远远低于5%，这样就使得新兴矿煤岩坚硬，性脆，能很容易地积聚发生冲击地压所需要的弹性能。

表2 新兴矿煤岩试样自然含水率实验结果

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大量的研究表明，煤系地层岩层的单向抗压强度随着其含水量的增加而降低。同样，煤的强度与冲击倾向性指数也随着煤的湿度的增加而降低。但新兴矿六采区58层和60层的煤层和顶底板岩层煤岩试样的自然平均吸水率（见表3）都很低，远远低于5%，说明采取注水措施对降低新兴矿煤岩强度和冲击倾向性的效果不是很理想。

表3 新兴矿煤岩试样自然吸水率实验结果

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2.3 开采深度及地应力的影响

之所以说新兴煤矿目前已经具备了发生冲击地压的条件，那是因为65煤层和67煤层的平均开采深度分别达到了500m和557m，这个开采深度已经达到了我国煤矿冲击地压频繁发生的临界开采深度。

此外，对新兴煤矿前石门两位置的地应力进行测试结果为：最大主应力集中在22.6～23.3MPa；176.8°～177.2°之间为最大主应力的分布方向；主应力与水平面的夹角为6.9°～7.1°，接近水平方向。由于最大水平应力的实测值为理论计算值的六倍以上，由此说明，新兴煤矿已经具有十分明显的构造应力场。

2.4 坚硬顶板的影响

新兴煤矿的主采煤层基本为三硬条件。主采的48、49和65层煤的老顶不仅最厚而且十分坚硬，从而具备冲击地压的形成条件。由于该矿的主采煤层的倾角较大，从而采用下行开采顺序。由于各个开采工作面上的一区段已经被采空，因此，巷道采用沿空留巷。倾斜和急倾斜煤岩层由于受到重力作用使得煤岩体跨落倾向于工作面下巷方向，因此，开采工作面上巷始终承受同层上区段采空区悬臂顶板的压力，从而不仅增大了上巷和工作面的上隅角压力，还增大了应力集中系数。

对于坚硬的顶板，为了减小顶板来压时的强度和冲击性，可以对其进行爆破，通过人为的切断顶板促进采空区顶板冒落，从而削弱采空区与待采区之间的顶板连续性。此外，通过爆破还可以改变顶板的力学特性从而释放顶板集聚的能量，最终达到了防治冲击地压产生的目的。

2.5 地应力、瓦斯压力和采动应力的叠加影响

①地应力的影响作用。地应力作用是产生冲击地压的重要原因之一。在新兴煤矿的地应力中以水平应力为主，最大水平应力值的实际值是理论计算值的六倍以上，因此，显现出十分明显的构造应力场。

②瓦斯压力的影响作用。新兴煤矿主采煤层之一的48层，存在较大的吸附性瓦斯，从打抽放钻孔观察来看瓦斯压力较大。

③采动应力的叠加作用。由于采动工作面产生的采动应力和地应力叠加后，增加了工作面发生冲击地压的可能性。

新兴矿主采48层煤的41081工作面，既有煤与瓦斯突出灾害发生，又有冲击地压灾害发生。该工作面老顶厚达10m，煤的吸附性强，吸附瓦斯大，表现在工作面割煤时，回风流瓦斯经常超限。

3 总结

总之，对冲击地压产生影响的因素主要包括以下四方面：

第一，地质构造：对围岩的初始地应力场起到了决定性作用；第二，地层岩性：主要包括岩体结构、岩石强度、脆弹性质和储能性，这些对冲击地压的烈度起到了决定性作用；第三，工作面的开采情况：决定了围岩的二次应力场即次生应力的大小、分布和应力集中情况；第四，煤层的埋藏深度：对自重应力场起到了决定性作用。

参考文献：

[1]熊俊杰.矿井冲击地压危险源辨识与风险评价[D].河南理工大学，2012.

[2]姜耀东，潘一山，姜福兴，窦林名，鞠杨.我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报，2014（02）.

[3]王涛，王曌华，刘华博，关云鹏，詹绍建.冲击地压后瓦斯异常涌出条件及致灾原因分析[J].煤炭学报，2014（02）.