陕西煤矿冲击地压现状分析及防治对策

2018-03-20简军峰

陕西煤炭 2018年6期

简军峰

(陕西省煤炭生产安全监督管理局，陕西西安 710001)

0 引言

“冲击地压”是指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等现象，已经成为陕西省开采深部矿区的主要灾害之一。然而时至今日，从发生机理和防治方法方面讲，冲击地压仍是世界范围内一种说不清，道不白的煤矿灾害。在陕西，冲击地压更是一个新概念，即使是从事多年煤矿工作的老煤矿也不知为何物。2013年1月，胡家河煤矿402盘区掘进工作面首次出现强烈的动力现象——频繁出现“煤炮”、严重漏顶、底臌、甚至设备移位等，为规避监管及增加建设投资，将其定义为“强矿压”。随着彬长矿区建设的推进，其它煤矿也相应发生了类似的动力现象，如高家堡煤矿在2014年掘进一盘区3条大巷时也多次发生类似现象，这才引起了有关方面的重视。2015年5月，省煤管局下发《关于开展冲击矿压防治知识培训通知》(陕煤局函〔2015〕77号)，首次进行全省冲击地压知识培训，连续组织赴省外考察学习，“强矿压”才开始被定义为“冲击地压”，并作为陕西省煤矿的一种新型灾害，开启了陕西煤矿防治冲击地压危害(简称防冲)的艰难历程。

1 三年来防冲工作取得的进展

1.1 防冲认识逐步转变

将“强矿压”重新定义为“冲击地压”是一个非常艰难的认识过程。彬长矿区、麟北矿区属新建矿区，矿井在可行性研究阶段没有根据地质条件对可采煤层及其顶底板岩层冲击倾向性进行评估，在设计阶段未考虑冲击地压影响，在建设初期未采取防冲措施的情况下基本建成，大巷的层位与方向、硐室的位置、采煤工作面接续已成事实。如果属冲击地压矿井，矿井开拓布置不符合《煤矿安全规程》相关规定。面对日益严重的冲击现象，遮遮掩掩，回避冲击地压矿井的帽子已经解决不了问题。从上到下的各级管理部门，开始转变认识，调整思路，正视存在，按照规定，从头开始，认真做好冲击地压防治工作。

1.2 防冲规定逐步落实

我国最早的防治冲击地压规范性文件——《冲击地压煤层安全开采暂行规定》，是由原煤炭工业部1987年发布。《煤矿安全规程》中的相关防冲规定(第81条～90条)也多年没有修订。随着我国煤矿开采深度、强度的增加，发生冲击地压的矿井数量急剧增加。据不完全统计，截至2016年，全国共发生冲击地压的矿井数已达200余处，陕西彬长矿区、麟北矿区发生冲击地压的矿井也达10处之多。2016年，国家安监总局发布的《煤矿安全规程》，将防治冲击地压作为专门一章，内容增加到了21条，基本涵盖了冲击地压的界定、预测、防治及防护等。2016年9月，陕西省结合本省实际，配合《煤矿安全规程》(2016版)防冲规定的实施，以省安委会文件发布了《陕西省煤矿冲击地压防治十条规定》，补充了煤矿防冲责任、冲击危险性评价、防冲设计、防冲机构与人员配备、防冲装备及防冲费用等条款。

按照《煤矿安全规程》(2016版)和《陕西省煤矿冲击地压防治十条规定》要求，截止2016年底，彬长矿区、麟北矿区和旬东矿区共完成冲击倾向性鉴定矿井17处，经过冲击危险性评价，具有强冲击危险的矿井4处，中等冲击危险矿井3处，弱冲击危险性矿井5处，无冲击危险5处，基本完成了全省防治冲击地压的基础性工作。

1.3 防冲机构、制度逐步健全

《陕西省煤矿冲击地压防治十条规定》要求，冲击地压煤矿必须配置专门的防冲机构和专职防冲队伍，配备防冲副总工程师，防冲机构专职技术人员不少于3人，防冲队伍不少于36人。必须建立健全安全生产责任制、岗位责任制、技术管理和全员培训制度、冲击地压防治安全目标责任考核办法等制度并认真组织落实。通过近3年的努力，具有强冲击危险性的煤矿均配备了防冲副总工程师，设立了防冲办公室，配备了防冲专职队伍，健全了各种防冲制度，其它具有冲击危险性的煤矿也在陆续建设之中。

1.4 防冲装备逐步到位

陕西省的防冲工作还处于起步阶段，预测冲击地压的方法及装备基本上是“拿来主义”，照搬套用。在预测预报方面，采矿方法具有投资少，容易掌握的特点，如综合指数法、钻屑法应用比较普遍，也摸索出了适用于本矿的经验。地球物理方法因设备投资大，解析有一定难度，设备配备步子相对较慢。目前，具有中等以上冲击危险性的煤矿基本装备了微震监测、应力在线监测系统等，开展了区域和局部相结合的冲击危险性监测。部分煤矿也装备了地音监测、CT反演设备，提高预测预报的准确性。在卸压解危装备方面，机具配备基本到位，部分煤矿还配备了比较先进的360°旋转履带式卸压钻机，防冲装备已在逐步配备完善。

2 目前防冲工作存在的问题

2.1 防冲设计先天不足

按照防冲原则，区域先行是根本。所谓的区域先行就是在矿井设计、采(盘)区设计阶段合理部署开拓布局、采掘接续，避免结构和采动应力集中，它是系统性防冲的灵魂工作。具体体现在选择主要大巷、主要硐室层位，考虑大巷方位与最大水平应力方位夹角，划分采(盘)区，选择采煤工艺，确定掘进速度和采煤工作面推进速度，安排掘进工作面之间、掘进与采煤工作面之间、采煤工作面之间的时空关系等都应与防冲要求相适应。

然而在2013年以前，陕西未发生过冲击地压现象。在编制彬长、麟北矿区规划和可行性研究时也未根据矿区地质条件、开采方式对可采煤层及其顶底板岩层的冲击倾向性进行评估，矿井初步设计也没有防冲相关内容。煤矿建设过程中，面对主要大巷时而发生动力现象，按冲击地压矿井要求调整设计为时已晚，防冲设计先天不足，区域先行治理欠账严重，导致在错误的时间和地点开掘工作面或推采工作面而留存隐患。

2.2 防冲工作主动性不强

按照防冲原则，局部跟进是手段。所谓的局部跟进就是在区域先行措施的基础上评价采掘工作面、巷道、硐室的冲击危险性、划定冲击地压危险区域和确定危险等级，再根据区域和局部监测结果采取解危措施。解危措施一般采用煤层钻孔卸压、煤层爆破卸压、煤层注水、顶板爆破预裂、顶板水力致裂、底板钻孔或爆破卸压等方法。

目前从事防冲工作的人员在防治瓦斯、水、火等方面积累了一定的经验，对这类灾害都有一定的理性认识和感性认识。防治工作中降低了瓦斯浓度、成功疏堵了矿井水、消灭了煤层自燃等，都有直接的成就感。面对冲击引起的瞬间底臌、变形，在找不着、看不见引发冲击的动载源情况下，受自然地震预报、防震认知及眼见为实的影响，怀疑预测冲击地压发生的时间、空间和强度的准确性和解危措施的有效性。《煤矿安全规程》《防治煤矿冲击地压细则》中的防冲措施非常具体，规定必须执行，但由于缺乏正确认识，防冲主动性不强、积极性不高，防冲措施的实施坐失良机。

2.3 防冲专业技术人才欠缺

按照防冲要求，冲击地压矿井必须建立区域与局部相结合的冲击危险性监测制度。监测方法一般采用微震监测、地音监测、应力监测、电磁辐射及钻屑法等。近几年煤矿在监测设备投入方面积极性普遍较高，应装备的监测设备基本都装备到位。但从事防冲工作的技术人员，从所学专业看五花八门，有采矿专业、安全专业、地质专业、通信专业，甚至还有文科专业；从在煤矿工作经历看，大多工作时间不长，有的甚至是刚入职不久的学生。所从事监测工作中最主要的是解释实时监测图，就象医生解释X光片，不同水平的大夫解释结果可能不一样，治疗效果也不大一样，有的可能延误病情。面对从业人员的专业背景与工作现实，先进的监测设备作用又能发挥到什么程度可想而知。

冲击地压理论及防冲工程涉及的基础学科包含煤田地质学、地球物理学、岩体力学、采矿学、通信科学、计算机科学等。没有一定专业基础的工作只能是依葫芦画瓢，在多种灾害耦合条件下防冲，更谈不上系统思维、综合防治，应该摒弃只买装备不注重培养专业人才的惯性思维。

2.4 基础研究不够

冲击地压的实质是具有冲击倾向性的煤岩体在原岩高应力(构造应力、自重应力)发生变形，在采动应力(静载应力、动载应力)扰动下，在煤岩体的结构弱面瞬间释放大量能力的动力现象。按原岩(煤)体的应力状态分为重力应力型，构造应力型和介于重力与构造应力之间的中间型3类。不论哪种冲击，都受井下开采引起的“时空关系+覆岩结构+地质构造”多重复杂因素影响，产生“地应力场+采动应力场+支护应力场”多场叠加的复杂应力重构，因此，防治冲击地压的核心问题就是应力控制问题，它不仅是理论问题，更是工程问题。

目前，陕西已经发生冲击地压的矿井基本集中在彬长和麟北矿区，这两个矿区都是新开发矿区。这两个矿区的覆岩结构、综采放顶煤后的“三带”(冒落带、裂隙带和弯曲下沉带)发育高度、区段煤柱宽度留设等涉及冲击地压的基础资料在国内有其特殊性，没有可借鉴经验。同时这两个矿区的新建煤矿均属未批先建，煤矿工作的主要精力大多集中在完善审批手续之中，目前还没有一处煤矿通过竣工验收，防冲的基础研究还未提到议事日程，仍处于起步阶段。面对复杂的机理及防治措施，只能从外省“拿来”暂用，探索切合陕西实际的防冲理论与实践，还有很长的路要走。

3 陕西冲击地压的潜在危险

从彬长矿区、麟北矿区和旬东矿区各煤矿冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价结果看，彬长矿区自南向北随着埋藏深度的增加，冲击倾向性由弱变强，冲击危险性趋势与倾向性基本一致；麟北矿区已经建设的3处煤矿基本属于中等冲击倾向性和中等冲击危险性；旬东矿区冲击倾向性属于弱冲击，基本是无冲击危险，但不排除个别区域具有冲击危险性。近几年，彬长矿区的个别煤矿已发生了多次冲击，造成了巷道底臌变形、锚网脱落、设备移位等，虽然没有造成人员伤亡，但经济损失非常大。

铜川矿区北区个别煤矿已经发生了冲击，目前正在进行相关鉴定和评价工作，临近煤矿及焦坪矿区埋深较大的煤矿尚未开展冲击倾向性鉴定工作。

澄合矿区埋藏深度超过400 m的煤矿已经按规定进行了冲击倾向性鉴定，结论无冲击倾向性。

榆神矿区三期、榆横矿区南区、榆横矿区北区、吴堡矿区、古城矿区以及正在编制规划的榆神矿区四期部分矿井埋藏深度及顶板地质条件有类似《防治煤矿冲击地压细则》第10条规定之条件，是否存在冲击危险，尚需进一步鉴定与评价。

纵观陕西煤炭矿区分布，随着新矿区的开发，煤矿开采深度、开采强度随之加大，具有冲击倾向性的煤矿数量可能会有所增加。无论从冲击矿井的数量还是程度上看，陕西已成为全国煤矿冲击灾害严重的省份之一，应引起防冲工作者的注意。现有研究成果还不能完全揭示冲击地压形成机理和发生规律，且不同矿区、不同井田，不同采区都有其特殊性，陕西防冲任务仍将十分艰巨。

4 改善和加强防冲工作

随着彬长、麟北矿区矿井的陆续投产，采空区面积逐渐扩大，应力集中进一步加剧，发生冲击的概率也会增大，结合其它矿区的新建矿井大多也属潜在的冲击地压矿井的实际，陕西省煤矿防冲形势不容乐观。2018年8月13日，中国煤炭学会全国煤矿动力灾害防治学术研讨会在彬长集团公司召开年会，多位院士、专家就冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害一体化防治的新技术、新理论进行了深入广泛的交流，深受启发，谨提出以下对策和建议。

4.1 积极开展冲击地压基础研究

目前，虽然冲击地压的机理还不是十分清楚，但评价冲击危险性的主要方法还是综合指数法。综合指数法中采用的地质影响因素(煤矿开采深度、上覆裂隙带内顶板坚硬厚层岩层距煤层距离、开采区域内构造应力集中程度、顶板岩层厚度特征参数、煤的单轴抗压强度和煤的弹性能指数差别不大)和开采技术影响因素(采煤方法与工艺)在同一矿区内非常近似，行业主管部门或其它机构牵头主导，集中矿区的财力、物力、人力，以一个矿区为研究对象，联合高校及科研院所，开展地质与开采条件基础研究，探索防治方法，提出防冲方案，既可节约研究成本，也可以将研究成果普遍推广。

4.2 大力培养防冲专业技术人才

目前陕西从事冲击地压工作人员的专业学术背景参差不齐，有的甚至是非煤矿专业学历，提高全省煤矿防治冲击地压水平必须有一批掌握冲击地压理论和防治知识的人才队伍。应与国内从事相关研究与教学的高等院校合作，选派基层从事冲击地压工作的、有事业心的人员脱产学习，协商教学计划，从煤田地质学、岩体力学基础教学开始，系统地学习冲击地压相关理论，安排一定的实践教学，储备人才，选拔出一部分防冲专家。

4.3 勇于探索灾害耦合同防共治机制

随着开采深度的增大，煤矿灾害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，冲击地压事故起数逐年上升，诱发瓦斯事故起数也在增加，单打独斗的灾害防治措施往往顾此失彼。例如，在确定区段煤柱宽度时就遇到这样的矛盾，从防冲角度考虑，煤柱越小越好，甚至无煤柱开采；从防止煤炭自燃、防水角度考虑，煤柱必须有一定的宽度。再如，在抽放本煤层瓦斯时，施工的瓦斯抽放孔能不能作为下一步的防冲卸压孔，如何确定孔径，如何衔接时间，才能事半功倍等等，鼓励在《煤矿安全规程》规定范围内，探索多种灾害同防共治机制，提高灾害预防水平，保障煤矿安全生产。