煤矿冲击地压产生机理及防治措施探讨

煤矿冲击地压产生机理及防治措施探讨

董近兴

陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳712000

摘要：所谓的煤矿冲击地压一般是指在煤矿资源开采地下应力过大，造成了地下煤矿在高地应力作用下发生了较大的压缩变形，进而积累了较大的弹性能量，当煤炭开挖时由于开挖卸荷作用就会导致煤炭内积累的弹性能量在极短的时间内释放出来。研究表明，在这个地应力瞬间释放的过程当中，会造成煤矿破坏、冒落或抛出，而且呈现声响、震动以及气浪等动力效应。本文基于煤矿冲击地压产生机理及防治措施探讨展开论述。

关键词：煤矿；冲击地压；产生机理；防治措施探讨

引言

冲击地压是煤矿开采过程中，井巷和采场周围煤、岩体在一定高应力条件下释放变形能，而产生的煤岩体突然破坏、垮落或抛出现象，并伴有巨大声响和岩体震动，经常造成支架折损、片帮冒顶、巷道堵塞、人员伤亡，对安全生产威胁巨大，它往往造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失，是我国煤矿的重大灾害之一。

1煤矿冲击地压的形成机理

（1）强度理论，强度理论认为煤矿开采前煤层位于坚硬岩石的夹紧下，这种夹紧力会在煤层产生高压和高弹性，使能量大量集中在煤壁区域，从而保持相对力的平衡。随着采煤深度的增加，煤层接收的夹紧力也不断变化，其应力也随之增加，随着煤矿开采工作的持续推进，逐渐破坏其力的平衡，煤岩变形成采空区，压榨形成冲击地压。（2）能源理论，在煤矿作业当中，重力作为主要影响因素，煤矿开采工作进行一定程度后，煤矿地质破坏能量平衡，煤层释放大量能量，向矿山采空区提出，诱发冲击地压。能源理论把煤矿冲击地压与能量联系起来，建立两者的相对平衡关系。（3）冲击倾向理论，以冲击地压形成为前提的冲击倾向的煤，煤体变形释放的空间成为冲压压力发生的必要条件。煤炭冲击倾向性判断指标包括冲击能量指数、弹性能量指数、煤样产生动态破坏的时间等，根据不同类型进行分类，研究结果表明，当实际冲击倾向大于该限制时，煤炭引起冲击的风险不断增加。

2煤矿冲击地压产生原因

2.1煤矿地质因素

（1）开采深度。现有研究表明，造成了地下煤矿冲击地压的主要发生在高地应力付村环境下。这主要是因为在高地应力作用下煤矿层会发生较大的压缩变形，进而积累了较大的弹性能量，当煤炭开挖时由于开挖卸荷作用就会导致煤炭内积累的弹性能量在极短的时间内释放出来。目前学术界公认为，当埋深在低于350米时，属于浅埋地应力较小，发生煤矿冲击地压的概率较小。当埋深大于350米时。煤矿冲击地压发生的概率会随着地应力的急剧增加而急剧增加，埋深越大发生的概率越大。（2）煤岩层的结构特点。煤矿冲击地压往往会发生在硬顶—硬煤—硬底和硬顶—薄软层—煤层的煤层当中，这主要是这两种煤层结构由于其自身特殊的结构特点会很容易引发可冒性和冲击危险性，存在较大的煤矿冲击地压的潜在可能性。

2.2开采技术因素

其次，由于开采技术的影响因素也是造成煤矿冲击地压。开采技术造成的煤矿冲击地压的主要有以下两种表现形式：首先由于开采技术不当造成开采区域煤矿发生了较大的应力积聚，形成较大的应力集中；其次由于开挖造成了地应力的瞬间释放，诱发了煤矿冲击地压。对于这两种表现形式都会增加和诱发煤矿冲击地压发生。

3煤矿冲击地压显现具有如下特征

在我国，煤矿的冲击地压发生在工作面上的情况较少，常常发生在矿山道路或滚动道路上，因为在推广和应用综放方法后，综放开采能够抵抗冲击低气压引起的动态载荷。随着开采深度持续增加，冲击地压的危害将更加明显。到目前为止，我们煤矿已经发生了两千多次破坏。（1）继发性。发生前一般没有明显的前兆，冲击过程短，持续时间从几秒到几十秒。（2）破坏性。煤壁、屋顶沉没、地面鼓、支架断裂、道路堵塞和人员伤亡经常发生。（3）复杂性。在自然地质条件下，除了褐煤以外的各种煤都是从200米到1000米深处采集的，地质结构从简单到复杂，煤层厚度从薄层到特厚层，倾斜角从水平到陡坡，顶板上的砂岩、石灰岩、页岩等都发生了冲击地压。采煤方法和采煤技术及其他技术条件、采水、总采矿、普通采矿或综采、全面崩塌方法或使用液压充填方法的采空区处理，障碍、短墙、柱采矿或柱采矿均发生冲击爆炸。无锡煤柱障开采方法冲击次数少。（4）一般表现为煤爆炸（煤墙爆裂，小弹丸）。浅层冲击（在煤壁2米至6米范围内发生，破坏性）和深层冲击（在煤炭深处发生，沉默和破坏程度不同）。最常见的是煤层冲击和顶板冲击，以及几个矿山中的冲击地压。煤层冲击中，大多数表示是煤块扔出的，几十平方米的煤体全部运动，伴随着巨大的声音、岩石冲击和冲击波。

4冲击地压防治措施

从冲击地压发生的成因和机理入手，可将冲击地压的治理措施分为3种：①减小煤岩巷道采动对其的影响。如有受冲击地压威胁的矿井尽量采用综掘机掘进巷道而不采用炮掘；回采工作面的回采速度也尽量加快，应大于顶板大面积来压速度的周期。②通过主动支护的方式改变煤岩体的物理力学强度特性。如通过喷浆实现柔性支护即允许围岩有小范围的变形，从而使围岩大部分能量得到卸载从而起到一个前期卸压的作用。③通过打锚杆、加锚索的方式改善围岩强度，加强围岩自承能力以应对后期应力的增加，能量的积聚，一定程度上减小冲击地压发生的可能性。建立煤岩巷道冲击地压结构力学模型，对该力学模型进行分析，总结其防冲击、抗震动、耐受力大的机理，在模型自身应力强度、应力积聚和与耗散、模型变形与自承能力等方面分别表现出不同的三维特性，通过这些指标可以为冲击地压发生机制提供有力的依据并清楚的证明煤岩能量积聚的方式、形式，达到可以相当充分的认识冲击地压机制的目的。（2）减弱煤岩应力集中。①在应力集中或者采深普遍较大的矿井巷道、工作面及各种硐室中通过打卸压孔卸压，来预防冲击地压的突然发生。②降低煤岩大区域的矿压。①无煤柱开采，通过直接采掉采区内煤柱或煤体有突出危险的部分，以防止在开采过程中受到这部分煤柱的威胁。②应避开邻近层煤柱的显著影响范围，以保证不会因其影响而发生冲击地压。③合理安排开采顺序，开采应有序进行以防止不规范开采形成大面积的应力集中，如形成双面、三面采空状态。应避免工作面或掘进巷道对采和追采。

结束语

煤矿工人的生命安全是现代煤矿开采中最重要的注意事项，对于煤矿冲击地压的防治工作，是一个亟待解决的问题。现代关于煤矿冲击地压主要按照刚度理论、强度理论、能量理论来分析其特性，煤矿开采中，煤层的冲击地压的突发性、瞬时震动性、破坏性等特征是多样的，灾害程度也是不尽相同的，发生的种种条件也是因地质因素的差异和采掘作业操作进程密切相关的。浅析其防治措施，对煤矿冲击地压防治具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]高新，苗德俊，宋大川.深部煤层冲击地压机理与防治技术[J].煤矿安全，2018，49（12）：75-78.

[2]杨光宇，姜福兴，李琳，李乃录，刘朋.煤矿冲击地压危险性的工程判据研究[J].采矿与安全工程学报，2018，35（06）：1200-1207+1216.

[3]李广东.浅谈煤矿冲击地压发生机理及防治措施[J].黑龙江科技信息，2013（26）：138.

[4]田利军.忻州窑矿压缩型冲击地压发生机理及防治研究[D].辽宁工程技术大学，2013.

[5]贾甲.浅谈煤矿冲击地压发生机理及防治措施[J].科技资讯，2013（07）：121-122.