论文部分内容阅读
【摘 要】随着我国煤矿开采深度的增加，各种煤岩地质灾害也日益严重，其中冲击矿压因其发生突然，破坏性极大，严重威胁煤矿生产安全。该文讨论了冲击矿压的发生机理、影响因素和防治措施，为煤矿安全评价提供了理论依据， 在煤矿安全生产中具有重要的指导意义。
【关键词】冲击矿压；发生机理；影响因素；防治措施
1.冲击矿压分类
根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由采矿活动引起的采矿型冲击矿压和由构造活动引起的构造型冲击矿压。而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。压力型冲击矿压是由于巷道周围煤体中的的压力由亚稳态增至极限值，其聚集的能量突然释放。冲击型冲击矿压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的，它与震动脉冲地点有关，而与事故地点无关。在某种程度上，构造型冲击矿压也是冲击型的。冲击压力型冲击矿压则介于上述两者之间，当煤层受较大压力时，在来自周围岩体内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击矿压[2]。
2.冲击矿压发生机理
冲击矿压发生的原因是多方面的，但总的来说可以分为三类，即自然地质因素、开采技术条件和组织管理措施。
冲击矿压的发生需要满足能量条件、刚度条件和冲击倾向条件。这些条件可以用煤层和顶底板的刚度来说明。
（1）当煤层和顶底板的刚度均大于零，煤岩体稳定。
（2）当煤层刚度小于零，但煤层和顶底板的刚度之和大于或等于零，煤岩体亚稳定或静态破坏。
（3）当煤层和顶底板刚度之和小于零，煤岩体强烈破坏，发生冲击矿压。
煤矿中，煤层，底板，顶板构成一个平衡系统。其中顶底板的强度均比煤层大，而且煤层是开采对象，故在压力作用下，煤体容易遭受破坏，如果是稳定破坏，则表现为煤柱的变形、巷道压缩等，如果是非稳定、突然破坏，则表现为冲击矿压或突出。
3.常见的几种显现状态
冲击矿压现象就是一种以急剧、猛烈破坏为特征的矿山压力的动力现象。主要表现为以下几种状态：
（1）弹射：单个碎块从处于应力状态下的煤或岩体上弹射出来，并伴有强烈声响，这种是属于微冲击现象。
（2）矿震：它是发生在煤体或岩体内部或深部的冲击矿压，即深部的煤体或岩体发生破坏，但是煤或岩石不向已采空间内抛出，只有片帮或散落现象， 煤或岩体震动， 伴有声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震。
（3）弱冲击：煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不大，对支架、机器和设备基本上没有损坏，对工作人员已可构成伤害。围岩产生震动，一般震级在2.2 级以下，伴有很大的声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能伴有大量瓦斯涌出。
（4）强冲击：部分煤或岩体急剧破坏，大量向已采空间抛出，产生严重后果，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，并伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。其强度足以对人员构成极大的伤害。
4.冲击矿压的影响因素
影响冲击矿压发生因素是开采深度和地质构造， 煤层和顶底板岩石的物理力学性质， 以及开采技术条件。
4.1地质因素
4.1.1煤层和顶底板岩石性质及特征
顶底板岩层比较坚硬， 这就使的其在破坏前的全部变形中，弹性变形占的比重大，而塑性变形所占比重小。这样一来， 厚而坚硬的顶板， 其初次来压和周期来压步距较大（初次来压步距一般在50m左右） ， 采后易形成大面积的悬顶， 积聚大量的弹性能，是发生冲击矿压十分典型的条件。再就是，煤层坚硬有脆性， 其抗压强度也随之增大， 当其承压达到极限平衡时，在外部诱因（如放炮等）的作用下使其平衡状态破坏，煤体发生脆性破坏，弹性能突然释放，发生冲击矿压。另外，煤层厚度越大，其煤体发生脆性破坏的倾向性越大，发生冲击矿压的机率也越大。
4.1.2地质构造
通常在地质构造带中尚存有一部分地壳运动的残余应力，形成构造应力场。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常（如底板凸起、顶板下陷、煤层分岔、变薄或变厚等现象）等构造带。如断层在形成的过程中，断裂能够释放一定的能量，使其两侧的构造应力降低。但在断层的尾端构造处，仍可积聚有较大的残余应力，给发生冲击矿压创造了必要的条件。冲击矿压就常常发生在这些构造应力集中的区域。
4.2开采技术因素
开采技术因素可以从两个方面促使冲击矿压的发生：一是人为地形成高度应力集中，增加发生冲击矿压的危险性；二是改变应力状态和产生震动，可以诱发出冲击矿压。具体分析如下：
4.2.1采煤方法
各种采煤方法的巷道布置和顶板控制方法不同，所产生的矿山压力和分布规律也不同。一般来说，短壁体系（房柱式、刀柱式、短壁水采等）采煤方法由于采掘巷道多，巷道交岔多，遗留煤柱多，形成多处支承压力迭加，容易发生冲击矿压。因此，具有冲击危险的矿井最好采用直线长壁式采煤方法。
4.2.2煤柱的状况
煤柱是产生应力集中的地点。孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的迭加作用，因而在煤柱附近最容易发生冲击矿压。煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采有影响，而且对下部煤层形成冲击条件。
4.2.3采掘顺序
采掘顺序对于矿山压力的大小和分布影响很大，巷道相向掘进， 回采工作面相向开采，以及在工作面前方的支承压力带开掘巷道，都会使支承压力迭加而可能发生冲击矿压。因此，应当避免同一区段上两翼工作面同时接近上下山。
5.冲击矿压的防治措施
5.1预测、预报工作。
电磁辐射监测预报：电磁辐射监测的原理是，利用电磁辐射仪接收采掘生产过程中煤岩体在矿压作用下产生、发射电磁辐射的信号，即监测到的电磁辐射强度能反映煤岩体内部应力变化尺度及破坏程度的特征信息。自掘进工作面迎头向外50m范围内每隔10m布置一测点，在该区域内进行电磁辐射监测。监测矿成立专门防冲击矿压专业队伍，利用仪器对煤层进行观测，如利用电磁辐射仪每班重点区域进行设点观测，通过分析每天对冲击矿压危险性做出预报。
5.2采取注水卸压、钻孔卸压、爆破卸压（包括松动爆）、顶板注水或强制放顶等减缓应力集中程度的措施，规定时间、地点、相应的工艺参数以及检查实施效果的方法。钻孔卸压：钻孔卸压的实质是钻孔接近高应力带时，煤层中积聚的弹性能破坏钻孔周围的煤体，因此，在每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，形成一个较大的松动区，煤层卸压释放能量，从而消除或减缓煤岩体冲击危险性。
5.3生产技术专项措施。
①合理布置巷道，不留中间煤柱，风道与上段净煤柱应留5～7m，避開应力峰值区，石门绕道等应与上下两巷垂直布置。②开采有冲击矿压危险煤层，两巷断面应不低于8，并使用锚网、锚索加钢带的主动支护方式。
6.结论
煤矿开采过程中，冲击矿压现象的危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重。尤其是同煤集团的一些矿井开采边角煤、保护煤柱的条件下，开采中更易发生冲击矿压，造成严重的自然灾害。但是，我们在掌握其成因和机理，并了解影响其发生因素的基础上，在现有的技术水平下，通过对冲击矿压认真地测定，并针对具体情况采取有效的防治手段，完全可以消除或大大减少冲击矿压事故，确保煤矿正常有序的生产。
（1）确定煤层冲击危险状态及等级对冲击矿压治理有重要意义。
（2）在一定的围岩与压力条件下，任何煤层都有可能发生冲击矿压。通过一定的方法，冲击矿压是可以防治的。
（3）由于冲击矿压的随机性和突发性，必须进行冲击矿压危险的区域预报与局部预报相结合，早期预报和及时预报相结合，采用多种方法进行综合预测。
【参考文献】
[1]陈文波.冲击矿压产生原因及防治措施[J].煤炭技术，2005.
[2]冯小军，曹新奇，张呈国.浅谈煤矿冲击矿压及其防治措施[J].山东煤炭科技，2009（5）：135-137.
[3]郑向东.冲击矿压对矿井生产的影响及其控制[J].科技信息：287-288.
【关键词】冲击矿压；发生机理；影响因素；防治措施
1.冲击矿压分类
根据国内外的分类方法，冲击矿压可分为由采矿活动引起的采矿型冲击矿压和由构造活动引起的构造型冲击矿压。而采矿型冲击矿压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。压力型冲击矿压是由于巷道周围煤体中的的压力由亚稳态增至极限值，其聚集的能量突然释放。冲击型冲击矿压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的，它与震动脉冲地点有关，而与事故地点无关。在某种程度上，构造型冲击矿压也是冲击型的。冲击压力型冲击矿压则介于上述两者之间，当煤层受较大压力时，在来自周围岩体内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击矿压[2]。
2.冲击矿压发生机理
冲击矿压发生的原因是多方面的，但总的来说可以分为三类，即自然地质因素、开采技术条件和组织管理措施。
冲击矿压的发生需要满足能量条件、刚度条件和冲击倾向条件。这些条件可以用煤层和顶底板的刚度来说明。
（1）当煤层和顶底板的刚度均大于零，煤岩体稳定。
（2）当煤层刚度小于零，但煤层和顶底板的刚度之和大于或等于零，煤岩体亚稳定或静态破坏。
（3）当煤层和顶底板刚度之和小于零，煤岩体强烈破坏，发生冲击矿压。
煤矿中，煤层，底板，顶板构成一个平衡系统。其中顶底板的强度均比煤层大，而且煤层是开采对象，故在压力作用下，煤体容易遭受破坏，如果是稳定破坏，则表现为煤柱的变形、巷道压缩等，如果是非稳定、突然破坏，则表现为冲击矿压或突出。
3.常见的几种显现状态
冲击矿压现象就是一种以急剧、猛烈破坏为特征的矿山压力的动力现象。主要表现为以下几种状态：
（1）弹射：单个碎块从处于应力状态下的煤或岩体上弹射出来，并伴有强烈声响，这种是属于微冲击现象。
（2）矿震：它是发生在煤体或岩体内部或深部的冲击矿压，即深部的煤体或岩体发生破坏，但是煤或岩石不向已采空间内抛出，只有片帮或散落现象， 煤或岩体震动， 伴有声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震。
（3）弱冲击：煤或岩石向已采空间抛出，但破坏性不大，对支架、机器和设备基本上没有损坏，对工作人员已可构成伤害。围岩产生震动，一般震级在2.2 级以下，伴有很大的声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能伴有大量瓦斯涌出。
（4）强冲击：部分煤或岩体急剧破坏，大量向已采空间抛出，产生严重后果，出现支架折损、设备移动和围岩震动，震级在2.3级以上，并伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。其强度足以对人员构成极大的伤害。
4.冲击矿压的影响因素
影响冲击矿压发生因素是开采深度和地质构造， 煤层和顶底板岩石的物理力学性质， 以及开采技术条件。
4.1地质因素
4.1.1煤层和顶底板岩石性质及特征
顶底板岩层比较坚硬， 这就使的其在破坏前的全部变形中，弹性变形占的比重大，而塑性变形所占比重小。这样一来， 厚而坚硬的顶板， 其初次来压和周期来压步距较大（初次来压步距一般在50m左右） ， 采后易形成大面积的悬顶， 积聚大量的弹性能，是发生冲击矿压十分典型的条件。再就是，煤层坚硬有脆性， 其抗压强度也随之增大， 当其承压达到极限平衡时，在外部诱因（如放炮等）的作用下使其平衡状态破坏，煤体发生脆性破坏，弹性能突然释放，发生冲击矿压。另外，煤层厚度越大，其煤体发生脆性破坏的倾向性越大，发生冲击矿压的机率也越大。
4.1.2地质构造
通常在地质构造带中尚存有一部分地壳运动的残余应力，形成构造应力场。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常（如底板凸起、顶板下陷、煤层分岔、变薄或变厚等现象）等构造带。如断层在形成的过程中，断裂能够释放一定的能量，使其两侧的构造应力降低。但在断层的尾端构造处，仍可积聚有较大的残余应力，给发生冲击矿压创造了必要的条件。冲击矿压就常常发生在这些构造应力集中的区域。
4.2开采技术因素
开采技术因素可以从两个方面促使冲击矿压的发生：一是人为地形成高度应力集中，增加发生冲击矿压的危险性；二是改变应力状态和产生震动，可以诱发出冲击矿压。具体分析如下：
4.2.1采煤方法
各种采煤方法的巷道布置和顶板控制方法不同，所产生的矿山压力和分布规律也不同。一般来说，短壁体系（房柱式、刀柱式、短壁水采等）采煤方法由于采掘巷道多，巷道交岔多，遗留煤柱多，形成多处支承压力迭加，容易发生冲击矿压。因此，具有冲击危险的矿井最好采用直线长壁式采煤方法。
4.2.2煤柱的状况
煤柱是产生应力集中的地点。孤岛形和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的迭加作用，因而在煤柱附近最容易发生冲击矿压。煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采有影响，而且对下部煤层形成冲击条件。
4.2.3采掘顺序
采掘顺序对于矿山压力的大小和分布影响很大，巷道相向掘进， 回采工作面相向开采，以及在工作面前方的支承压力带开掘巷道，都会使支承压力迭加而可能发生冲击矿压。因此，应当避免同一区段上两翼工作面同时接近上下山。
5.冲击矿压的防治措施
5.1预测、预报工作。
电磁辐射监测预报：电磁辐射监测的原理是，利用电磁辐射仪接收采掘生产过程中煤岩体在矿压作用下产生、发射电磁辐射的信号，即监测到的电磁辐射强度能反映煤岩体内部应力变化尺度及破坏程度的特征信息。自掘进工作面迎头向外50m范围内每隔10m布置一测点，在该区域内进行电磁辐射监测。监测矿成立专门防冲击矿压专业队伍，利用仪器对煤层进行观测，如利用电磁辐射仪每班重点区域进行设点观测，通过分析每天对冲击矿压危险性做出预报。
5.2采取注水卸压、钻孔卸压、爆破卸压（包括松动爆）、顶板注水或强制放顶等减缓应力集中程度的措施，规定时间、地点、相应的工艺参数以及检查实施效果的方法。钻孔卸压：钻孔卸压的实质是钻孔接近高应力带时，煤层中积聚的弹性能破坏钻孔周围的煤体，因此，在每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，形成一个较大的松动区，煤层卸压释放能量，从而消除或减缓煤岩体冲击危险性。
5.3生产技术专项措施。
①合理布置巷道，不留中间煤柱，风道与上段净煤柱应留5～7m，避開应力峰值区，石门绕道等应与上下两巷垂直布置。②开采有冲击矿压危险煤层，两巷断面应不低于8，并使用锚网、锚索加钢带的主动支护方式。
6.结论
煤矿开采过程中，冲击矿压现象的危害程度比一般矿山压力显现程度更为严重。尤其是同煤集团的一些矿井开采边角煤、保护煤柱的条件下，开采中更易发生冲击矿压，造成严重的自然灾害。但是，我们在掌握其成因和机理，并了解影响其发生因素的基础上，在现有的技术水平下，通过对冲击矿压认真地测定，并针对具体情况采取有效的防治手段，完全可以消除或大大减少冲击矿压事故，确保煤矿正常有序的生产。
（1）确定煤层冲击危险状态及等级对冲击矿压治理有重要意义。
（2）在一定的围岩与压力条件下，任何煤层都有可能发生冲击矿压。通过一定的方法，冲击矿压是可以防治的。
（3）由于冲击矿压的随机性和突发性，必须进行冲击矿压危险的区域预报与局部预报相结合，早期预报和及时预报相结合，采用多种方法进行综合预测。
【参考文献】
[1]陈文波.冲击矿压产生原因及防治措施[J].煤炭技术，2005.
[2]冯小军，曹新奇，张呈国.浅谈煤矿冲击矿压及其防治措施[J].山东煤炭科技，2009（5）：135-137.
[3]郑向东.冲击矿压对矿井生产的影响及其控制[J].科技信息：287-288.