煤矿冲击地压的机理及未来的研究和治理技术

程立国 曲广军

摘 要：文章总结和归纳了现阶段我国在研究煤炭岩体系发生冲击地压理论方面的成就，对于冲击地压发生的原因，特征进行了分析，在此基础上积极研究了冲击机理在今后的发展趋势，对于如何做好预测和防治工作提出了意见和建议。

关键词：冲击地压 未来发展趋势 治理技术

所谓煤矿冲击地压是指在高地应力作用下，井巷或回采工作面周围的煤岩体出现了破坏的情况，并伴随着较大的声响，岩体抛起的现象。这不仅仅会对于采掘空间中支护设备造成危害，还将可能使得采掘空间出现变形，严重的情况下造成人员伤亡，井巷毁坏和局部地震。

1.我国国内煤矿冲击地压灾害以及理论研究情况

1. 1国内外煤矿冲击地压灾害评述

我国最早记录的冲击地压发生在1933年的煤抚顺胜利矿。在此后的60年间的时间内，矿井累计发生了四千多次的破坏性冲击地压，造成巨大人员伤害和财产伤害。

1. 2冲击地压理论研究现状的评述

我国对于冲击地压的研究工作始于上世纪60年代，主要是以结合实践冲击地压生产实践的方式来进行探索的。首先系统化的对于煤矿冲击地压进行研究的是重庆大学和煤科总院重庆分院，以天池煤矿为研究对象开展的；随后全国性的煤矿冲抵地压调研工作顺利开展。与1987 年颁布实施由煤科院北京开采所和阜新矿业学院联合起草的我国第一部《冲击地压煤层安全开采暂行规定》。通过广大科技工作者和研究人员的共同努力， 已使我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展， 其中煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地压的研究与应用方面已达到国际先进水平[1]。对煤、岩体冲击地压和岩爆机理的研究。

2.冲击地压发生的机理

结合实际煤矿冲抵地压实践，其运行的机理可以归结为以下几个方面：其一冲击地压的分类及显现特性，一般情况下冲击打压可以归结为动型，构造应力性和动构造应力并有三种类型，依照不同矿体变形破坏范围大小可以实现合理的划分。而冲击地压的特点可以表述为煤壁抛射性塌落， 顶板下沉或底板撇裂， 板炮频繁， 煤体移动， 弹性振动， 设备震搬， 煤尘飞扬， 无明显预兆突然爆发，伴有巨大响声和地震， 冲击风波引起构筑物损坏， 易于出现较大损失和伤亡[2]。 其二，发生冲击地压的地质及开采条件，不同的冲击地压地质和开采条件也会表现出不同的冲击地压情况，对此我们应该高度重视对于冲击地压特点的界定。其三，冲击地压发生的地点及影响范围，在实践过程中需要界定冲击地压的发生区域，不同区域，其机理运行也是不同的，应该具体问题具体分析。其四，影响冲击地压产生的因素，如果采煤方法，采掘程序，顶板管理控制，煤柱大小尺寸和放炮有所不同，也会对于冲击地压产生影响。其五，选择防治冲击地压措施的原则，保证对于不同地点，不同影响范围，不同诱因展开具体问题具体分析，制定符合实际情况的方案。

3.冲击地压理论研究的未来发展趋势

一直以来，冲击地压理论研究都是岩石力学中的重点和难点，大量的学者都在此方面做了研究工作。我国学者是从上世纪六十年代开始对于冲击地压进行研究的，其主要集合冲击地压实际生产流程来畸形探析。不可否认，我国对于冲击地压机理和防治措施的研究有了很多的成绩，比如煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地压的研究与应用方面取得了重大的突破[3]。从这个角度来探析冲击地压理论研究的未来发展趋势，我们可以将其归结为以下几方面内容；其一，以微裂纹扩展区的概念实现对于岩石类材料的损伤状态的描述；其二，从岩石断裂和损伤力学的角度去审视岩石的断裂和损伤情况；其三，以变量定义的方式去探析宏观微观理论的损伤变量方法和损伤模型；其四，以岩石准静态损伤过程理论去假定，实现对于损伤和外界的功成正比探析；其五，从现代数学、力学理论如断裂力学、突变、分形、分叉（岔）、混沌等理论出发，实现对于冲击地压问题的研究，健全交叉学科体系；其六，以预测预报为突破口的防治观念研究，以综合指数法、钻屑法、微震法、地音法即声发射法、电磁辐射去实现对于岩石动态监测；其七，将计算机技术和测试技术纳入到煤矿冲击地压知识体系中去，以不断提高预测效果。

4.国内煤矿冲击地压治理技术

从冲击地压发生的机理特点出发，治理的实质是充分利用各种有效的技术途径，不断改变煤炭岩石的应力状态和物理力学性质，从而实现对于恶性事件的遏制。对于我国来讲治理煤矿冲击地压主要采取以下措施：其一，煤层注水，这是我国采用最早的施工技术，操作简单，效果比较明显；其二，开槽卸压、诱导爆破和钻孔卸压等防治措施。其三，现阶段国内使用比较多的冲击地压治理措施有煤岩体注水、钻孔卸压、深孔松动爆破、卸载诱导爆破、煤岩体掏槽卸压、顶板预断裂、巷道切槽卸压、加固软煤层、加强采掘支护、开采保护层、合理选择开采方法和安排采掘设计及工艺进度等。

5.结束语

显然我国煤矿冲击地压理论体系还不够健全，在此我们应该做好以下两个方面的工作：其一，不断总结自身实践经验，实现查缺补漏，以健全煤矿冲击地压治理体系；其二，积极学习国外先进的治理经验和理论，保证不断创新，以实现自身理论知识的健全。在此基础上，才能够不断促进我国煤矿冲击打压理论体系的发展。

参考文献：

[1] 鞠文君，潘俊锋. 我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望[J]. 煤矿开采. 2012（06）

[2] 潘俊锋，宁宇，杜涛涛，蓝航，张寅，刘军，夏永学，魏向志. 区域大范围防范冲击地压的理论与体系[J]. 煤炭学报. 2012（11）

[3] 潘俊锋，宁宇，秦子晗，王书文，夏永学. 基于冲击启动理论的深孔区间爆破疏压技术[J]. 岩石力学与工程学报. 2012（07）