煤矿孤岛工作面冲击地压影响因素分析

张敬宇

（龙煤鹤岗矿业有限责任公司振兴煤矿，黑龙江 鹤岗154100）

在我国煤矿采煤生产中，影响煤矿孤岛工作面冲击地压因素性质是各不相同的，主要有诸如地质因素、开采技术因素和组织管理因素等因素。

1 影响孤岛工作面冲击地压的地质因素分析

1.1 煤矿开采的深度因素分析

矿山压力随着煤矿开采深度增加而增加，所形成的孤岛工作面煤体上的应力集中程度也随之增加，而应力越高，煤体变形和积蓄的弹性能也就越大，孤岛工作面煤体的冲击危险性也就越大。

1.2 煤矿煤层厚度的因素及其变化分析

根据煤矿采煤工程的生产实践经验，孤岛工作面冲击危险程度与煤层厚度及变化是密不可分的。就是煤层越厚，冲击地压也就越频繁、强烈。煤层厚度变化区域，作用其区域内的叠加应力也会产生集中，因此，这一区域也就容易产生冲击地压。

1.3 煤矿巷道围岩性质的因素分析

围岩性质一般指顶板的岩性、厚度及围岩在煤层开采后的冒落性，围岩性质也是影响孤岛工作面冲击地压的十分重要的因素，尤其是基本顶和底板为厚层坚硬岩层时更具冲击地压发生的危险性。厚层坚硬顶板的悬露下沉，首先表现为承载煤层的缓慢加压或压缩，持续一段时间后厚层坚硬顶板突然下沉，造成承载煤层上压力急剧上升，倘若厚层坚硬顶板悬露面积较大，其本身的变形能，以及折断时形成的附加载荷一并传递到支承点煤层上，而底板一般硬度较大，不足以吸收煤层传递过来的裁荷，因此，支承点煤层会瞬间被压裂，同时释放积聚的变形能而出现强烈震动造成冲击地压的发生。

1.4 煤矿地质构造因素分析

在煤矿地质中经常有断层、褶曲等构造，以及局部异常带（如煤层分岔、变薄和变厚等），在煤矿地质构造带和局部异常带中经常存在地壳运动的残余应力，煤矿孤岛工作面如邻近这些区域，它本身的高应力与残余应力叠加后可能达到冲击地压发生的应力水平而出现冲击地压现象发生。

1.5 煤矿孤岛工作面的覆岩岩层结构因素分析

煤矿孤岛工作面覆岩岩层结构也是影响冲击地压发生的十分重要的因素之一，尤其是煤层上方存在坚硬、厚度较大的砂岩层时，坚硬厚砂岩作为主关键层容易积聚大量的弹性能，在坚硬厚砂岩破断或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，同时，其上载荷层随之一起运动，造成下方孤岛工作面煤体应力迅速上升到冲击地压发生的应力水平而出现冲击地压现象。对于一般的煤矿工作面，影响工作面冲击地压发生的岩层主要为上方100 m 内的岩层，其中岩体强度大、厚度大的砂岩层起主要作用；但对于煤矿孤岛工作面，上方100m 以外的坚硬厚砂岩也可能对煤矿孤岛工作面煤体冲击危险性产生影响，这是由于煤矿孤岛工作面煤体本身应力集中基数较大。

2 影响煤矿孤岛工作面冲击地压发生的开采技术因素分析

煤矿的采煤方法、采掘顺序、孤岛工作面宽度大小及顶板控制方式等开采技术因素对孤岛工作面冲击地压同样有着重要影响。

2.1 煤矿采煤方法因素分析

煤矿不同采煤方法的巷道布置和顶板控制方式各有不同，所出现的矿山压力和分布规律也就各自不同，按照采出工作面宽度大小把采煤法分为短壁采煤法和长壁采煤法，短壁采煤法又可细化为房柱式、刀柱式、短壁水采等。煤矿采用短壁采煤方法、由于煤矿采掘巷道多，巷道交叉多，遗留煤柱（可看作小孤岛）也多，造成支承压力多重叠加，容易出现冲击地压。而采用长壁采煤法就能够极大减少采掘巷道、巷道交叉和遗留煤柱数量，这在一定程度上就避免了支承压力多重叠加，从而控制了潜在冲击点，大量的煤矿采煤生产实践表明，长壁工作面采煤法是冲击地压煤层最为科学、合理、有利、有效的采煤方法。

2.2 煤矿采掘顺序因素分析

煤矿采用长壁采煤法必须注意采用顺序开采方式，并且在煤矿开采过程中尽可能地使工作面成直线，不留煤层向采空区突出地段，以减少孤岛工作面形成。在生产矿井中，形成孤岛工作面的主要方式有以下三种：第一，工作面向采空区推进而形成孤岛；第二，两个工作面相向推进而形成的孤岛；第三，近距离两个煤层中的两个工作面同时开采所形成的空间孤岛。

2.3 煤矿孤岛工作面宽度大小的因素分析

一般煤矿孤岛工作面都存在应力集中，并且应力集中程度越大，孤岛工作面出现冲击地压的可能性也就越大。大量的煤矿采煤生产工程经验和实验室研究表明，在覆岩结构一定的条件下，孤岛工作面宽度越小，孤岛工作面两侧采空区外侧支承压力叠加程度则越大，孤岛工作面出现冲击地压的可能性也就越高，在孤岛工作面宽度小于临界宽度时，在高垂直应力作用下孤岛工作面煤体出现突然失稳，从而诱发冲击地压的发生。

在开采冲击地压煤层时，煤矿孤岛工作面留设宽度必须遵循以下几项原则：

（1）在进行煤矿开采设计时，尽可能选择不形成孤岛工作面的设计方法和原则。

（2）如果煤矿开采煤层地质条件复杂或开采技术等原因一定要留设孤岛工作面时，留设的孤岛工作面形状必须规则，不可留有锐角，工作面宽度不能多变，且孤岛工作面的位置、尺寸及范围必须精确标注在煤矿采掘工程图上。另外，必须按覆岩结构、周围地质构造和开采扰动情况，采用理论分析、数值计算、工程类比等方法确定合理的孤岛工作面宽度，以防止其应力集中程度达到出现冲击地压的应力水平。

2.4 煤矿顶板控制的因素分析

煤矿顶板控制方式对孤岛工作面冲击地压的影响较为显著，因为顶板岩层的悬、断、垮、冒，直接关系到孤岛工作面顶板岩层中弹性能的释放形式和向工作面前方煤层传递应力和弹性能的能力，甚至关系到煤体是否会受采动影响而加剧冲击地压的发生。煤矿孤岛工作面采用“长壁开采一垮落顶板法”控制顶板，经验证明是一种最好的避免顶板悬露岩层向工作面前方煤层传递应力和弹性能的科学方法之一。

3 煤矿生产组织管理因素分析

为了有效杜绝或减少煤矿孤岛工作面冲击地压灾害的发生，对孤岛工作面冲击地压加强管理也非常重要。煤矿对于孤岛工作面必须建立完善的防范冲击地压的管理体系和防冲击地压的责任体系，做到管理科学、管理到位、责任明确、措施有效。煤矿每个职能部门都必须落实好孤岛工作面防冲击地压所必须的人力、材料和设备，保证监测、卸压等装备齐全、可靠，以保障煤矿孤岛工作面的防冲击地压工作科学、高效、安全、持续开展。对煤矿全体职工进行孤岛工作面防冲击地压知识专业技能的培训，以提高煤矿职工对孤岛工作面冲击地压灾害的认识和防范。按照煤矿具体实际情况制定科学有效的孤岛工作面冲击地压预防和治理的对策措施和方法，并把对策、措施落实到位，做到煤矿全体职工共同参与，保障孤岛工作面在开采时安全高效生产工作，建设安全、高效矿井。