浅谈深部煤层冲击地压的防治措施

贺保雄

摘要：我国浅部煤层已经逐渐枯竭，煤矿开采水平逐步将深部发展。随着对深煤层的开采，面临的冲击地压问题将更加突出，对深部开采冲击地压的预防、治理措施的需求愈加紧迫。因此，本文从理论角度详细分析了目前我国煤矿冲击地压的防治措施。

关键词：开采水平；冲击地压；防治措施

冲击地压是一个世界性的重大难题，涉及面广、灾害严重，无论是发达国家还是发展中国家都是必须面临的问题，如发达国家中的美国、德国、法国、日本等，发展中国家如：中国、南非，等都发生过冲击地压灾害，造成井毁人亡的惨剧[1]。例如，上世纪60年代南非Coalblocknorth煤矿发生的一次冲击地压，造成死亡437人的惨剧，井下破坏面积达3km2的惨烈事故[2]。2011年11月3日晚，我国河南义马市千秋煤矿发生冲击地压事故造成10人死亡，多人受伤[3]。2013年1月12日，阜新矿务局五龙煤矿发生冲击地压，造成8人死亡等等一系列灾害事故，引起了国内外学者广泛的关注和系统的研究。

1、冲击地压的特征

冲击地压（又称冲击矿压）是煤岩体所承受的压力超过自身的强度极限，受到人为扰动后，积聚在煤炭体中的大量弹性能瞬间释放，将事故点附近的煤岩迅速抛出，并伴有刺耳的声响，冲击地压的发生会造成巷道结构、支柱设备的破坏以及从业人员的伤亡[4]。冲击地压事故还可能诱发瓦斯、煤尘爆炸以及矿井火灾等事故的发生。冲击地压发生时的特征主要有：

1）突发性。冲击地压事故发生前的煤岩变化微弱，征兆工作难度较大。2）产生巨大声响。冲击地压事故发生时，会产生剧烈刺耳的声响。3）冲击性。积聚在煤岩体中的弹性能大量释放的同时，会产生剧烈的冲击波，并且冲击波的危险性较强。4）产生强烈振动。事故发生时会引起事故点周围的煤岩体产生强烈振动，甚至出现人员被弹起摔倒，设备被弹起、推移。5）伴随煤体移动。根据事故现场数据观测可知，冲击地压事故发生时巷道端帮的煤体会发生推移，并在顶底板留有擦痕。

2. 冲击地压的预测方法

目前，对于冲击地压的预测主要从冲击倾向性以及利用现场监测手段对冲击危险性进行预测。现阶段对于冲击地压的预测手段主要有：顶板动态监测法、钻屑法、微震法、电磁辐射法等。由于篇幅限制，本文主要对顶板动态法和钻屑法进行详述。

1）顶板动态监测法。冲击地压事故发生前会出现煤层顶板断裂声响，煤层向已经回采完毕的空间产生微小运动，并伴随剧烈声响；煤层顶板下沉量较大，巷道两侧煤帮移近量加大；在向煤层大钻时，可能出现卡钻现象，巷道支护物结构出现受损；井下采煤空间附近的顶板压力剧增。

2）钻屑法。钻屑法是指通过向煤层大钻，钻孔直径在42～50mm之间。通过观察钻孔在不同深度时排出的煤层钻屑量及其变化情况，分析煤粉喷出规律，确定煤岩体中的矿压分布情况。

通过在钻粉率法是在高应力带，打钻孔时取出的煤粉量V1与正常的排粉量V2之比，作为冲击倾向变化的指标，也称钻粉率指数K。它也可用煤量体积比或重量比表示：

（1）

重庆天池煤矿钻粉率用体积比表示，其界限为：K=1.5～2.0，有弱冲击危险；K>2.0，有较大冲击危险。在高应力带钻孔时，如发现钻粉量增大、有爆破声响、震动、卡钻和钻杆受冲击等现象，就可判断该区域发生冲击的地点和时间。

3、冲击地压的防治措施

冲击地压的防治措施分为两大类，一类是区域性描施，另一类为局部性措施。

3.1區域性防治措施。合理的开拓部署与正确的开采方法对于避免形成高应力区（冲击源）、防止冲击地压极为重要。国内外大量实践证明：许多冲击地压是在不合理的开采技术条件下造成的。因此，就防治冲击地压而言，开采技术措施是带有根本性和先导性的指施，应当首先采用。

1） 开采保护层。开采煤层群时，为了降低潜在危险层的应力，首先应当开采保护层。当全部煤层都是危险层时，应先开采危险性最小的煤层。当危险层的顶底板都赋存有保护层时，建议先开采顶板保护层。2）避免形成孤立煤柱。划分井田和采区时，应保证有计划的合理开采，避免形成应力集中的孤立煤柱和不规则的井巷几何形状。3）顶板管理方法。对于具有冲击危险的煤层，应尽量采用长壁式开采，全部冒落法管理顶板。4）巷道布置原则。开采有冲击危险的煤层时，应尽量将主要巷道和硐室布置在底板中。5）开采程序。当有断层和采空区时，应尽量采取由断层或采空区开始的开采程序。此外，还要避免相向采煤；回采线应尽量成直线，且有规律地按正确的推进速度开采，一般推进速度不宜过大。6）煤层预注水。煤层预注水的目的主要是降低煤体的弹性性质和煤体的强度。相似材料模拟试验结果表明：煤体注水后，支承压力的分布要发生变化，峰值降低，峰值位置至煤壁的距离增加。煤层预注水通常是以小流量和尽可能低的压力向煤体长时间注水。注水可在预先掘好的巷道内进行，超前注水距离不应小于20m。7）顶板预注水顶板预注水的作用主要有两点：一是降低顶板的强度，使原来不易冒落的坚硬顶板在采空区冒落，转化成随采随冒的顶板，从而达到降低煤体应力的目的；二是顶板注水后，本身的弹性性质减弱，因而减少了顶板内的弹性潜能，顶板注水后，煤体的支承压力高峰也要向深部转移。

3.2局部性防治措施。1）卸载钻孔。卸载钻孔就是在具有冲击危险的煤体内钻直径100mm左右的钻孔。钻孔后，钻孔周围的煤体受力状态发生了变化，使煤体应力降低，支承压力的分布发生变化，峰值位置向煤体深部转移。2）卸载爆破。卸载爆破就是在高应力区附近打钻，在钻孔中装药进行爆破。其目的也是改变支承压力带的形状和减小峰值，炮眼布置应尽量接近支承压力带峰值位置。3）诱发爆破。诱发爆破就是在具有冲击危险的地段进行大药量的爆破，在人员撤出后人为地诱发冲击地压。4）煤层高压注水。煤层高压注水就是在工作面前方用高压水注入煤体。一般开始注水压力为12MPa，以后保持在4～6MPa之间，注水时间必须保证连续注水5～7a，使煤体含水量达到3%以上。高压注水的作用效果是压裂煤体，使煤体结构破坏，从而降低承载能力，降低压力，另外还能降低煤体的弹性性质。

4、结束语

冲击地压是一个世界性难题，近几十年，随着我国煤矿的采掘深度和开采强度不断增加，致使冲击地压灾害的发生愈加频繁。因此，做好深部煤层冲击地压的研究已经迫在眉睫，对于我国煤矿安全生产具有重要意义。

参考文献：

[1] 宋召谦，朱焕然，陈龙.采煤工作面冲击地压防治技术研究与应用[J].山东煤炭科技.2014（11）.62-63.

[2] 王永利.浅谈煤矿冲击地压防治技术应用[J].民营科技.2013（06）.18-19.

[3] 李春林，章兵.冲击地压预测和防治[J].化工矿产地质.2006，06（28）.101-104.

[4] 钱鸣高，石平五，许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013.

（作者单位：陕西陕煤榆北煤业曹家滩矿业有限公司）