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[摘 要]通过对大屯矿区冲击地压倾向性鉴定和矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究，可以研究清楚矿区深部工作面发生冲击地压的机理，冲击地压的预测预报和治理措施，提出适合大屯矿区的冲击地压防治理论与技术，建立适合于公司各矿井特别是孔庄煤矿的深部工作面强矿压监测和防治体系，科学指导安全生产，对大屯公司周边其他深部矿井多种冲击地压危险并存条件下的煤层开采也具有重要的参考价值。
[关键词]冲击地压 防治技术 深部工作面 预测预报
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-150-02
1. 概述
冲击地压是一种典型的煤岩动力灾害现象，主要是指煤矿井下发生的煤岩突发性破坏事件，聚集在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。还可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统等。
上海大屯能源股份有限公司所属姚桥煤矿、孔庄煤矿、徐庄煤矿和龙东煤矿的开采深度在不断加大，除龙东煤矿之外，其它矿井均进入深部开采阶段，孔庄矿-785水平和-1015水平、徐庄矿-750水平，姚桥矿-850水平正在开拓延伸准备，随着开采深度的增加，冲击地压问题越来越突出，直接威胁安全生产。截止2009年公司孔庄煤矿和姚桥煤矿曾经发生了数次冲击倾向显现。2008年公司开展了各矿冲击倾向性鉴定，结果为弱冲击。
但是，随着采深的进一步加大以及开采条件的恶化，冲击地压的危害逐渐增加，并逐渐成为影响矿区各矿井特别是孔庄煤矿和姚桥煤矿安全生产的重大隐患，而现有的监测预警和防治手段已经无法保证消除冲击地压带来的危害。同时为深刻吸取邻近矿井张双楼煤矿“7.30”冲击地压灾害事故教训，确保公司各矿-500米水平及以下深部采区的安全开采，结合江苏煤监局徐州分局（徐煤安监意字[2010]第（2004）号）监察意见，决定由上海能源股份有限公司与中国矿业大学合作，就《矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究》进行立项研究，对矿区各矿井现有的监测及防治手段进行更新，提高矿区深部条件下防治冲击地压水平，从而做到有备无患。
拟就中国矿业大学从波兰引进最先进的SOS微震监测系统，与国内先进的监测手段结合形成矿区冲击地压灾害的多参量综合预警体系，并建立深部开采条件下冲击地压机理研究的有效手段，进而提出有效和针对性的防治措施，从而为保证矿区各矿井深部开采条件下的安全生产打下坚实的基础，其研究成果对深部矿井开采具有重要的参考价值。
2. 冲击地压的预测预警方法
冲击地压的预测预警是基于对冲击地压的机理认识，目前冲击地壓的预测预报是围绕冲击地压发生的强度理论和能量条件进行的，预测方法除了以往的经验类比法（综合指数法）外，大致可以分为两类：
2.1 局部探测法
是以钻屑法为基础的局部探测法，包括煤岩体变形观察法（顶板动态、围岩变形）、煤岩体应力测量法（相对应力和绝对应力测量）、流动地音监测法、岩饼法，主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度；
2.2 系统监测法
系统监测法，包括微震系统监测法、电磁辐射法、声发射等采矿地球物理方法，根据连续记录煤岩体内出现的动力现象，预测冲击地压危险状态。
由于第二类方法，特别是声发射技术和电磁辐射技术，具有不损伤煤体、劳动强度小、时间和空间连续等优点，因此，在最近几年得到了较快的发展。
3、主要研究内容
3.1冲击地压倾向性鉴定及重点区域划分
研究矿区特别是孔庄煤矿深部煤岩变形破坏特征，实验室测定深部煤岩试样的物理力学特征、煤岩变形破坏的电磁辐射特征，以及震动、声电物理场效应。
结合煤矿实际条件研究影响矿震定位精度的主要因素和不利条件。利用综合指数法、矿震定位和D值优化设计理论，研究微震监测系统优化布设中选取台站候选点和确定冲击矿压危险监测区域的一般原则。理论分析震中和震源标准差反映台网定位能力的不足，建立基于数值仿真实验方法的震中与震源误差期望值模型，最终形成微震监测系统台网布设优化及评价系统。
通过分析矿区特别是孔庄煤矿深部工作面发生的冲击地压动力现象，结合SOS微震监测系统，综合应用采矿地球物理学理论、关键层理论研究深部工作面冲击地压显现可能发生的原因、类型、机理、特征以及主要影响因素，预测后续工作面动力现象和类型。
深部工作面发生的冲击地压与煤柱留设通常有密切的关系，因此需通过理论分析和数值模拟确定矿区各矿井特别是孔庄煤矿深部工作面之间煤柱的动静载荷响应特征，确定冲击地压危险性，并提出合适的防冲煤柱留设宽度。
对深部工作面，综合考虑地质因素和采矿因素，采用综合指数法，详细划定各个区域的矿压显现危险指数，圈定矿压显现危险性大的区域和重点防治区域；利用数值模拟技术模拟现有开采条件下深部工作面在回采和掘进期间的应力分布特征，划定强矿压危险区域。针对以上划分的冲击危险区域，提出不同的管理和预防措施，为冲击地压显现的预防打下基础。
3.2建立预警体系和求解模型
利用SOS微震监测系统，对深部工作面掘进、回采过程中的矿震规律进行研究，采用统计及理论分析手段分析强矿震信号的频谱特征及诱发原因，揭示微震信号时空演化规律，建立基于能量、频次和震源分布的多参量微震法预警体系。
实验室确定公司各矿井特别是孔庄煤矿岩石和煤的震动波速与应力之间的耦合关系，建立震动波速的求解模型。
3.3建立冲击地压综合防治技术
由于冲击矿压的随机性、突发性和破坏形式的多样性，单凭一种方法预测是不可靠的，对于有危险的区域，应研究如何结合现有微震法、电磁辐射法和钻屑法分析结果进行冲击危险的综合预测预报，从而提高冲击地压预测的准确性，建立矿区特别是孔庄矿井深部工作面冲击地压的监测技术体系。 根据冲击地压类型，数值模拟研究深部工作面顺槽在各种支护方式下的巷道支护质量特征，确定能够保证有动载和无动载下巷道维持有效支护的合理支护方式，进而完善深部工作面巷道的防冲支护体系。
在危险性评价及预报的基础上，采取合适的防范措施，减轻或消除矿区各矿井特别是孔庄深部工作面冲击地压显现造成的危害，形成多种解危措施并行的综合防治技术，最终形成矿区各矿井特别是孔庄煤矿冲击地压控制技术体系。
4.研究目标及关键技术
4.1 研究目标
本项目的研究目标是为形成一套适合矿区各矿井特别是孔庄煤矿使用的深部工作面冲击地压危险性预测预报和防治体系，能够指导安全生产，理论与技术水平达到国内领先。该体系将根据深部工作面的地质条件，应力状况、煤的冲击倾向性、围岩条件等，预先确定采掘工作面将面临的危险，并做出早期预报，以便制定出深部工作面冲击地压防治所应采取的卸压措施；采用电磁辐射法、钻屑法和微震法相结合的综合监测技术体系，对作业的采掘面进行观测，确定其冲击地压危险性程度，做出即时预报，以便立刻采取弱化煤体或诱发冲击的防治措施，消除冲击地压的威胁。
4.2关键技术
（1）冲击危险性评价；
（2）冲击地压监测预警及防治技术（解危技术、防范技术等）；主要包括：
①深部煤岩试样的多参量冲击效应实验室测定；②SOS微震监测系统的台网优化布设技术；③采矿地球物理学理论和关键层理论判别冲击地压类型和机理；④综合指数法和数值模拟法圈定冲击地压危险区域；⑤利用统计方法、数值理论和频谱分析确定多参量微震法预警体系；⑥实验室测定煤岩试样的震动波速与应力之间的耦合关系；⑦利用数值模拟技术确定深部工作面合理防冲支护方式；
（3）建立深部工作面的冲击地压危险性监测评价技术体系；
（4）建立大屯矿区深部工作面的冲击地压综合防治技术体系；
5、开发试验方法及技术路线（工艺路线）
5.1开发试验方法
采用现场实测数据分析、实验室试验、理论研究和现场实施相結合的研究方法。试验研究煤及围岩的冲击倾向性及对冲击地压发生的影响，研究煤岩变形破坏过程中的电磁辐射、微震特征和震动波波速随应力的变化特征。数值模拟分析工作面周围的应力状态，煤柱对强矿压的影响及影响程度，并综合采用微震法、钻屑法和电磁辐射法建立深部工作面冲击地压危险评价及预测预报模型。
在上述研究的基础上，建立矿区特别是孔庄煤矿深部工作面冲击地压防治技术体系。现场研究实施深部工作面冲击地压预测预报和治理方案，在方案具体实施过程中，确定相应的预测预报指标、治理措施的具体参数以及检验治理措施效果的方法及参数，基本解决矿区各矿井特别是孔庄煤矿的深部冲击地压问题。
具体包括：1）采掘工作面现场采集煤、岩试块，进行冲击倾向性指标的鉴定；2）监测监控设备选型、安装；3）现场监测数据监测、采集、分析。
5.2技术路线（工艺路线）
通过调研收集资料、现场调查研究开采地质条件，划分冲击地压防治重点区域，建立各矿冲击地压防治实施方案；通过现场监测、数据分析，研究冲击地压发生的机理，制定冲击地压综合防治措施。
矿区深部工作面冲击地压防治技术路线如下图所示。
6、经济、社会效益
通过该项目的研究，得出深部工作面发生冲击地压的机理，填补矿区在冲击地压理论与技术研究方面的空白，制定冲击地压的预测预报和治理措施，建立适合于大屯矿区特别是孔庄煤矿的深部工作面矿压监测和防治体系，保证矿井的可持续发展和经济效益的稳步增长，促进矿井的安全生产。
同时对我国深部煤层的开采、冲击地压危险煤层的开采、促进国民经济的发展和保障人民生命财产等方面起到积极的指导作用，经济效和社会益重大的。
7、推广应用的前景
通过研究大屯矿区各矿井特别是孔庄煤矿深部工作面冲击地压机理、预测预报技术及防治措施，形成大屯矿区深部采掘工作面冲击地压监测和防治体系，可在大屯公司各矿及其它兄弟矿井深部开采过程中推广应用。
8、结语
通过对大屯矿区冲击地压倾向性鉴定和矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究，建立矿区冲击地压防治的多参量综合预警体系，提出适合大屯矿区的冲击地压防治理论与技术，合理指导安全生产，理论与技术水平达到国内领先水平。
作者简介：
罗运栋（1973-），男，山东济宁人，工程师，大学，现任上海能源大屯股份有限公司生产部防冲主管。
[关键词]冲击地压 防治技术 深部工作面 预测预报
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-150-02
1. 概述
冲击地压是一种典型的煤岩动力灾害现象，主要是指煤矿井下发生的煤岩突发性破坏事件，聚集在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。还可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统等。
上海大屯能源股份有限公司所属姚桥煤矿、孔庄煤矿、徐庄煤矿和龙东煤矿的开采深度在不断加大，除龙东煤矿之外，其它矿井均进入深部开采阶段，孔庄矿-785水平和-1015水平、徐庄矿-750水平，姚桥矿-850水平正在开拓延伸准备，随着开采深度的增加，冲击地压问题越来越突出，直接威胁安全生产。截止2009年公司孔庄煤矿和姚桥煤矿曾经发生了数次冲击倾向显现。2008年公司开展了各矿冲击倾向性鉴定，结果为弱冲击。
但是，随着采深的进一步加大以及开采条件的恶化，冲击地压的危害逐渐增加，并逐渐成为影响矿区各矿井特别是孔庄煤矿和姚桥煤矿安全生产的重大隐患，而现有的监测预警和防治手段已经无法保证消除冲击地压带来的危害。同时为深刻吸取邻近矿井张双楼煤矿“7.30”冲击地压灾害事故教训，确保公司各矿-500米水平及以下深部采区的安全开采，结合江苏煤监局徐州分局（徐煤安监意字[2010]第（2004）号）监察意见，决定由上海能源股份有限公司与中国矿业大学合作，就《矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究》进行立项研究，对矿区各矿井现有的监测及防治手段进行更新，提高矿区深部条件下防治冲击地压水平，从而做到有备无患。
拟就中国矿业大学从波兰引进最先进的SOS微震监测系统，与国内先进的监测手段结合形成矿区冲击地压灾害的多参量综合预警体系，并建立深部开采条件下冲击地压机理研究的有效手段，进而提出有效和针对性的防治措施，从而为保证矿区各矿井深部开采条件下的安全生产打下坚实的基础，其研究成果对深部矿井开采具有重要的参考价值。
2. 冲击地压的预测预警方法
冲击地压的预测预警是基于对冲击地压的机理认识，目前冲击地壓的预测预报是围绕冲击地压发生的强度理论和能量条件进行的，预测方法除了以往的经验类比法（综合指数法）外，大致可以分为两类：
2.1 局部探测法
是以钻屑法为基础的局部探测法，包括煤岩体变形观察法（顶板动态、围岩变形）、煤岩体应力测量法（相对应力和绝对应力测量）、流动地音监测法、岩饼法，主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度；
2.2 系统监测法
系统监测法，包括微震系统监测法、电磁辐射法、声发射等采矿地球物理方法，根据连续记录煤岩体内出现的动力现象，预测冲击地压危险状态。
由于第二类方法，特别是声发射技术和电磁辐射技术，具有不损伤煤体、劳动强度小、时间和空间连续等优点，因此，在最近几年得到了较快的发展。
3、主要研究内容
3.1冲击地压倾向性鉴定及重点区域划分
研究矿区特别是孔庄煤矿深部煤岩变形破坏特征，实验室测定深部煤岩试样的物理力学特征、煤岩变形破坏的电磁辐射特征，以及震动、声电物理场效应。
结合煤矿实际条件研究影响矿震定位精度的主要因素和不利条件。利用综合指数法、矿震定位和D值优化设计理论，研究微震监测系统优化布设中选取台站候选点和确定冲击矿压危险监测区域的一般原则。理论分析震中和震源标准差反映台网定位能力的不足，建立基于数值仿真实验方法的震中与震源误差期望值模型，最终形成微震监测系统台网布设优化及评价系统。
通过分析矿区特别是孔庄煤矿深部工作面发生的冲击地压动力现象，结合SOS微震监测系统，综合应用采矿地球物理学理论、关键层理论研究深部工作面冲击地压显现可能发生的原因、类型、机理、特征以及主要影响因素，预测后续工作面动力现象和类型。
深部工作面发生的冲击地压与煤柱留设通常有密切的关系，因此需通过理论分析和数值模拟确定矿区各矿井特别是孔庄煤矿深部工作面之间煤柱的动静载荷响应特征，确定冲击地压危险性，并提出合适的防冲煤柱留设宽度。
对深部工作面，综合考虑地质因素和采矿因素，采用综合指数法，详细划定各个区域的矿压显现危险指数，圈定矿压显现危险性大的区域和重点防治区域；利用数值模拟技术模拟现有开采条件下深部工作面在回采和掘进期间的应力分布特征，划定强矿压危险区域。针对以上划分的冲击危险区域，提出不同的管理和预防措施，为冲击地压显现的预防打下基础。
3.2建立预警体系和求解模型
利用SOS微震监测系统，对深部工作面掘进、回采过程中的矿震规律进行研究，采用统计及理论分析手段分析强矿震信号的频谱特征及诱发原因，揭示微震信号时空演化规律，建立基于能量、频次和震源分布的多参量微震法预警体系。
实验室确定公司各矿井特别是孔庄煤矿岩石和煤的震动波速与应力之间的耦合关系，建立震动波速的求解模型。
3.3建立冲击地压综合防治技术
由于冲击矿压的随机性、突发性和破坏形式的多样性，单凭一种方法预测是不可靠的，对于有危险的区域，应研究如何结合现有微震法、电磁辐射法和钻屑法分析结果进行冲击危险的综合预测预报，从而提高冲击地压预测的准确性，建立矿区特别是孔庄矿井深部工作面冲击地压的监测技术体系。 根据冲击地压类型，数值模拟研究深部工作面顺槽在各种支护方式下的巷道支护质量特征，确定能够保证有动载和无动载下巷道维持有效支护的合理支护方式，进而完善深部工作面巷道的防冲支护体系。
在危险性评价及预报的基础上，采取合适的防范措施，减轻或消除矿区各矿井特别是孔庄深部工作面冲击地压显现造成的危害，形成多种解危措施并行的综合防治技术，最终形成矿区各矿井特别是孔庄煤矿冲击地压控制技术体系。
4.研究目标及关键技术
4.1 研究目标
本项目的研究目标是为形成一套适合矿区各矿井特别是孔庄煤矿使用的深部工作面冲击地压危险性预测预报和防治体系，能够指导安全生产，理论与技术水平达到国内领先。该体系将根据深部工作面的地质条件，应力状况、煤的冲击倾向性、围岩条件等，预先确定采掘工作面将面临的危险，并做出早期预报，以便制定出深部工作面冲击地压防治所应采取的卸压措施；采用电磁辐射法、钻屑法和微震法相结合的综合监测技术体系，对作业的采掘面进行观测，确定其冲击地压危险性程度，做出即时预报，以便立刻采取弱化煤体或诱发冲击的防治措施，消除冲击地压的威胁。
4.2关键技术
（1）冲击危险性评价；
（2）冲击地压监测预警及防治技术（解危技术、防范技术等）；主要包括：
①深部煤岩试样的多参量冲击效应实验室测定；②SOS微震监测系统的台网优化布设技术；③采矿地球物理学理论和关键层理论判别冲击地压类型和机理；④综合指数法和数值模拟法圈定冲击地压危险区域；⑤利用统计方法、数值理论和频谱分析确定多参量微震法预警体系；⑥实验室测定煤岩试样的震动波速与应力之间的耦合关系；⑦利用数值模拟技术确定深部工作面合理防冲支护方式；
（3）建立深部工作面的冲击地压危险性监测评价技术体系；
（4）建立大屯矿区深部工作面的冲击地压综合防治技术体系；
5、开发试验方法及技术路线（工艺路线）
5.1开发试验方法
采用现场实测数据分析、实验室试验、理论研究和现场实施相結合的研究方法。试验研究煤及围岩的冲击倾向性及对冲击地压发生的影响，研究煤岩变形破坏过程中的电磁辐射、微震特征和震动波波速随应力的变化特征。数值模拟分析工作面周围的应力状态，煤柱对强矿压的影响及影响程度，并综合采用微震法、钻屑法和电磁辐射法建立深部工作面冲击地压危险评价及预测预报模型。
在上述研究的基础上，建立矿区特别是孔庄煤矿深部工作面冲击地压防治技术体系。现场研究实施深部工作面冲击地压预测预报和治理方案，在方案具体实施过程中，确定相应的预测预报指标、治理措施的具体参数以及检验治理措施效果的方法及参数，基本解决矿区各矿井特别是孔庄煤矿的深部冲击地压问题。
具体包括：1）采掘工作面现场采集煤、岩试块，进行冲击倾向性指标的鉴定；2）监测监控设备选型、安装；3）现场监测数据监测、采集、分析。
5.2技术路线（工艺路线）
通过调研收集资料、现场调查研究开采地质条件，划分冲击地压防治重点区域，建立各矿冲击地压防治实施方案；通过现场监测、数据分析，研究冲击地压发生的机理，制定冲击地压综合防治措施。
矿区深部工作面冲击地压防治技术路线如下图所示。
6、经济、社会效益
通过该项目的研究，得出深部工作面发生冲击地压的机理，填补矿区在冲击地压理论与技术研究方面的空白，制定冲击地压的预测预报和治理措施，建立适合于大屯矿区特别是孔庄煤矿的深部工作面矿压监测和防治体系，保证矿井的可持续发展和经济效益的稳步增长，促进矿井的安全生产。
同时对我国深部煤层的开采、冲击地压危险煤层的开采、促进国民经济的发展和保障人民生命财产等方面起到积极的指导作用，经济效和社会益重大的。
7、推广应用的前景
通过研究大屯矿区各矿井特别是孔庄煤矿深部工作面冲击地压机理、预测预报技术及防治措施，形成大屯矿区深部采掘工作面冲击地压监测和防治体系，可在大屯公司各矿及其它兄弟矿井深部开采过程中推广应用。
8、结语
通过对大屯矿区冲击地压倾向性鉴定和矿区冲击地压重点区域划分与防治技术研究，建立矿区冲击地压防治的多参量综合预警体系，提出适合大屯矿区的冲击地压防治理论与技术，合理指导安全生产，理论与技术水平达到国内领先水平。
作者简介：
罗运栋（1973-），男，山东济宁人，工程师，大学，现任上海能源大屯股份有限公司生产部防冲主管。