深部岩体冲击地压灾害致灾原因及防控措施

陈莉

摘 要：冲击地压是当矿井的深度达到一定程度时，井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而产生的剧烈的动力现象。一般冲击地压和严重冲击地压是地压冲击的两种主要类型，一般冲击地压表现为矿体、岩体振动并产生粉尘和裂隙；严重冲击地压规模较大，表现为矿体震动和冲击波，岩体严重破碎，常导致顶板事故，破坏井巷，并造成人员伤亡，设备毁坏，污染作业环境，影响生产。

关键词：冲击地压；瓦斯；防尘；防火

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.057

1 引言

我国煤矿自 1933 年在抚顺胜利煤矿首次发生冲击地压以来，目前已有超过 5% 的大型煤矿存在冲击地压危险。对冲击地压发生的研究，表明覆岩运动造成的煤岩应力扰动具有重要作用。因此，多年来研究人员提出了多种理论模型及防治技术。姜耀东分析了冲击地压、岩爆和矿震之间存在的联系和区别，建立了煤矿冲击地压的 3 种力学模型；杨随木等认为只有同时满足内在条件、结构条件和应力条件时才会发生冲击地压；齐庆新等指出断层的构造应力是导致冲击地压发生的主要原因。根据这些学者的研究成果，运用这些现有的理论知识来分析煤矿工作面的地质条件和可能出现的问题及相关解决措施，从而避免煤矿冲击地压灾害的发生，保证人们生命财产安全的同时可以顺利的进行煤矿开采工作。

2 冲击地压灾害治理的必要性

为了工业的快速发展，满足我国工业及人民对煤炭的需求，近些年来我国煤炭的开采量逐年增加，但是资源是有限的，所以煤炭的开采规模和矿井的深度也逐年增加，深部矿井的出现使得冲击地压灾害的发生频率也逐年增加，随着矿井开采规模和深度的逐年增加，以冲击地压等为代表的深部开采诱发的灾害事故更具突发性，冲击地压发生时突然、急剧、猛烈，使得造成的灾难成破坏性，不仅造成巨大的经济损失还会危害到人们的生命安全。除此之外，冲击地压的发生还可能伴随着瓦斯爆炸，顶板突水的严重事故。不正规操作以及不认真的检测或者一些不确定因素的影响都会是重大事故发。由此可见，开展冲击地压灾害治理工作，建立较完善的防冲技术体系极为重要。提高煤矿冲击地压动力灾害的综合防治水平，为煤矿制定针对性的防御、减轻和控制煤柱型冲击动力灾害的专项措施提供可靠的科学依据，提高矿井开采的安全性，减少人员伤亡事故，减少经济损失，具有极大的安全效益和经济效益。

3 冲击地压发生的原因和致灾条件分析

冲击地压发生的根本原因强度比较高的煤岩层在受到构造运动和开采活动影响下形成的高度应力集中。当煤岩自身具备一些性质并且自身受到了应力场的时候就很有可能导致冲击地压的灾害。发生了冲击地压是因为煤岩的自身具备了冲击倾向，冲击的发生是需要在煤岩自身具备了冲击的倾向之后，又具有足够的诱发因素的情况下才会发生。我国煤矿冲击地压的突出特点主要表现为多类型，条件复杂，随着煤层开采深度的增加，冲击地压发生频次和烈度增大。

3.1 煤层的冲击倾向性

煤层的冲击倾向性由波兰和前苏联学者提出。煤层的冲击倾向性至煤体具有的几句变形能并产生冲击地压破坏的性质，可由相应的力学指标加以度量，该指标可通过实验室试验测定：冲击倾向性指标有动态破坏时间 DT 、弹性能指数 WET 和冲击能指数 KE 以及单轴抗压强度 Rc 共 4 个指标。

3.2 构造应力场

地球的构造运动会有很大的外力作用在岩体上，特别是水平的构造运动对地应力有很大的影响。构造应力场和自重应力场相比较开说情况更加复杂化，可以影响它运动的因素也比较广，现阶段要想准确的计算出一些力场的分布规律是没有什么理论上的模型可以提供方法的，目前要想取得可靠性较高的方法去了解当地矿区的地應力情况就是进行地应力测试。近些年来，国内外许多国家在这方面也进行了相关的测量，：并且总结出了以水平方向的积压力大多是存在于坚硬的岩层中的构造力场的特点。所以，原岩应力场总体表现在为铅直方向上静载荷基本等于上覆岩层自重，水平方向上最大应力一般为垂直应力的0.5 ～5.5，很多情况下大于 2。

4 冲击地压治理的区域性预防措施

（1）开采解放层。开采解放层对冲击地压灾害的防控至关重要，可以说是现在科技水平下最有效的一个手段。开采解放层可以降低煤层支承压力峰值，从而就可以改善被保护层开采中能量积聚与释放的空间分布状况，这样就能起到减缓冲击地压的作用。

（2）优化开采顺序及采煤工艺。根据资料调查以及结合实际经验可以发现，合理适当的开采资源，按照标准的顺序进行煤工艺等程序，可以有效的避免应力的集中叠加，从而有效的避免冲击地压灾害。结合大量的事实标明，造成冲击地压灾害的主要原因主要就是因为开采过度不合理，对开采顺序和煤工艺重视度不高，没有引起注意。而若果继续这样的开采，进行到后期危险性会更大，并且耗费人力物力，并且效果有限。

5 冲击危险区域的局部解危措施

对于冲击地压的核心治理环节就是解危治理阶段，从限制冲击地压灾害的条件来看，通过冲击地压的强度弱化减冲理论以及冲击型巷道围岩结构的强弱强控制模型为理论基础，来对冲击地压采取防控措施，达到将危害降到最低的目的。

6 建立立体监测系统

在有效的进行防护措施之后就要进行有效的检测，建立“微震监测系统”，采掘活动进行宏观的监测。在工作面开展震动波CT反演，对工作面的应力活动进行反演，不断优化监测数据，提高监测精度。

7 加强防冲培训

对于施工人员和相关的检测人员来说，为了能更好的保证它们的生命财产的同时还能高效率的工作就要加强全员的防冲培训，来有效的防治冲击地压的发生。除此之外，不定时的进行相关知识的培训还可以提高工作人员的综合素质和专业技能，实现 “有危险不冲击、有冲击不破坏，有破坏不伤人”的目标。

8 结语

冲击地压是一种较为复杂的灾害，发生原因也比较复杂，并且在国内外专家的大量研究下还没有一个对发生机理的统一认识。本文从煤层冲击倾向性及应力分布角度探讨了冲击地压致灾条件以及预防措施，建立了较为完善的冲击地压综合防治体系，对防治冲击地压灾害具有一定的意义。

参考文献：

[1]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.