煤矿冲击地压发生机理与防治技术研究

摘要：随着煤矿开采深度的增加，冲击地压的显现会越发明显，危害也愈加严重，给矿井的安全生产带来了极大威胁。为了实现煤矿的安全生产，加强冲击地压的防治技术研究显得尤为重要。文章首先介绍了冲击地压的特点，继而分析了其发生机理，最后指出具体的防治措施。

关键词：煤矿；冲击地压；发生机理；防治技术

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0069-02

1 煤矿冲击地压的特征

1.1 突发性

煤矿冲击地压在发生之前都没有明显的征兆，整个过程也十分短暂，一般会持续在几秒到十几秒，短暂的冲击往往会带来巨大的经济损失和人员伤亡。

1.2 多样性

煤矿冲击地压一般可以分为煤爆、浅部冲击和深部冲击三种，不同的冲击方式会对煤矿造成不同程度的危害。煤爆会破坏煤壁，在爆裂的过程中还会出现煤岩块随能量一同喷出煤岩体的现象；浅部冲击大部分会发生在煤壁上，其能量释放较大，破坏较严重；深部冲击主要发生在煤矿的深处，往往释放出的能量巨大，会给采掘巷道造成致命的打击。

1.3 破坏性

冲击地压会出现顶板下沉、支架受损、设备移动以及巷道堵塞的情况，不仅会直接影响到煤矿的正常工作，更严重的是会危害到工作人员的生命安全。

1.4 复杂性

不同的开采深度，地质结构、煤层厚度以及倾斜角度等都有所不同，这给实际的采煤工作带来很大的难度。顶板的砂、石灰岩都能引发冲击地压，水采、炮采、普采以及综采各种采煤工艺都会给煤矿的岩石结构造成影响，使岩石的内部结构应力集中释放而发生冲击地压，给矿井造成巨大的危害。

2 煤矿冲击地压的发生机理分析

2.1 开采条件以及围岩结构

煤矿冲击地压发生机理的原因多种多样，地质条件、开采条件以及围岩结构等都会产生直接的作用，具体的原因可以分为以下三种：

2.1.1 煤矿开采的深度过大。随着矿井服务年限的增加，采煤的深度也在不断增加，一般发生冲击地压的地点在距地面800m以下，过大的深度会加大煤岩体的荷载，在开采的过程中巷道周围煤岩体要承受过大的压力，一旦压力超过岩体或煤体所能承载的弹性极限，很容易在瞬间发生能量释放，最终发生冲击地压。

煤矿的坚硬顶板一般会有26m的砂质泥岩，顶上为24m的坚硬砾岩层，为了支撑顶板的压力，需要在煤矿的底部设置底板，但是大部分是没有支护的煤层。图中的顶板条件很容易引起冲击地压，发生冲击地压之后工作面会出现顶板变形、弹性积累以及压力释放的情况。

2.1.3 开采强度过大。因采煤技术的不断进步和完善，开采煤岩体的规模和速度不断加大，各个工作面高强度的采掘活动相互影响加剧巷道周围煤岩体中应力的集聚，应力积累到一定的程度会引发大规模的冲击地压。

2.2 围岩的活动范围以及作用分析

煤层埋藏较深的煤矿，垂直方向的作用力更大。一般在10～20MPa之间，当煤矿开始采掘工作后，顶板的作用力会适当地减少，控制在5～8MPa范围内，但是在作用力下降的同时提高了应力上升的空间。处于多个方向作用力的顶板的压力值甚至会超过70MPa，过大的压力是造成冲击地压的重要原因之一。当多个采掘面处于采空状态，承受多个方向作用力的区域最容易引发冲击地压，加大了开采的风险系数。煤柱附近的应力最为集中，当开采工作到达煤柱附近时，作业人员要提高警惕，时刻做好防范准备，根据具体的地质条件对煤岩体做好监测和冲击危险性评价，并采取有效的防护措施。

3 煤矿冲击地压的防治技术

煤矿冲击地压的防治技术一定要实现以下两点目标：一是要降低应力作用的集中，有效地将高峰应力区的力量转移到其他的地方；二是通过改变岩石的性能，来降低冲击地压过程中释放的能量，从而降低冲击地压对煤矿的危害。具体的防治技术如下：

3.1 煤矿冲击地压的根本性措施

3.1.1 制定完善的开采计划。随着采煤技术的不断改进，新区域实施新的开采工作一定要制定科学合理的计划，开采的顺序和技术都要符合规范，避免让煤柱处于易于应力集中的状态，以利于下一步工作的顺利进行。深矿井的回风平巷是采煤计划的重点，它的挖掘质量直接决定了煤矿内部的安全。合理的回风平巷需要沿着采空区挖掘，在采煤的过程中发现挖掘的回风平巷不能满足实际的需要，应该重新确定挖掘的位置，最好是在煤柱附近，避免不同方向的支撑力给煤柱增添额外的压力。较为安全的采煤区尽量多采掘，严禁留有煤柱。在没有对煤柱进行有效处理之前应该禁止在应力集中的地方开展挖掘工作。深部挖掘的难度系数较大，尽量不要两侧同时开展采煤工作，同时尽量减少对地下岩层的破坏。

3.1.2 保证煤层中的水量。有的煤层由于较硬使塑性差，具有很小的收缩性，当外界的压力达到一定的限度岩层就会出现崩溃，所以在日常的采煤中需要进行适当的注水。水分不仅能够改变煤层的结构，还能增加煤层的塑性，在保证煤层强度和弹性的同时可以减少冲击地压对煤矿的损害，当煤层中注入一定量的水时，冲击等级也会相继降低。注水还能使应力高峰地区的数值下降，将集中的应力向周围转移，降低采煤的风险。

3.1.3 重视保护层的开采。《煤矿安全规程》中明确指出了安全层的重要性，将无冲击地压或者是弱冲击地压作为安全层的地点，挖掘适当的安全层能够有效减少各岩层之间的作用，降低冲击地压发生的可能性。煤层开采之后顶板以及底板都会产生一定的应力，保护层能够降低这种应力的出现，当被保护层的应力下降到安全范围，就达到了防范冲击地压的目的。

3.1.4 加强巷道的支护。巷道在采煤工作中发挥关键的作用，加强顶底板的加固方法有顶帮锚网索支护和拱形支架支护等，保证了支护强度的同时还能为采煤工作提供便利。在正式开展巷道加固工作之前需要对煤矿的地质条件有清晰的认识，加强监测和预测，特别是受到冲击地压影响的区域，对不同巷道或巷道的不同地段采取针对性的强支护措施，可以大大减少冲击地压的发生次数和强度。endprint

3.2 冲击地压的解危措施

解危措施简单地说就是对容易产生冲击地压的区域采取相应的措施，当发生冲击地压时能够及时采取措施应对，具体的解决措施是松动爆破和震动爆破。松动爆破主要是利用炸药的威力来扩大岩体的空隙，达到改变煤岩体性质的目的。震动爆破是指让应力的集中区域受到振动波的影响，诱发小规模的冲击地压，释放煤岩体的能量，避免大规模事故的发生。

3.3 组织专门的防冲队伍

科学完善的采煤工作，不仅要引进先进的采煤技术，提高生产质量和效率，更重要的是提高安全防范意识，重视专业防冲人才的培养。煤矿企业应该根据员工的实际情况制定相应的防治冲击地压培训计划，提高他们的综合素质。同时，工程技术人员要加强冲击地压防治技术的研究和应用，加强对现场作业人员的监督和管理，培养安全意识和防范技能，从而通过提高人的素质来减少冲击地压造成的危害。

3.4 冲击地压的其他防护措施

防护措施相比较其他的措施具有预见性，具体措施如设备和物料捆绑在棚腿上、设置防护罩防止螺丝崩出、采掘工作面限员管理等，个人防护方面需要戴防冲帽和穿防冲衣，采掘作业中贯穿防冲技术的运用等，通过采取防护措施降低危害程度。深井采掘最容易引发冲击地压，但是目前使用的防治技术还不能明确冲击地压的地点、时间和规模，因此在日常的工作中一定要研究和积累经验，通过不断探索新的防治措施达到防治效果，从而提高煤矿采掘工作的安全性。

4 结语

总之，面对煤矿冲击地压不断发生的局面，加强防治工作刻不容缓。在制定具体的防治方案之前需要对矿井冲击地压产生的原因有正确的认识，找出问题的根源，这样才能制定最适合本矿井的措施。开采的方式、强度以及围岩的结构等都有可能引发大规模的冲击地压，加强监测监控、合理设计和布局采掘作业、加强发生机理和防治措施的研究、加大投入和对职工的培训等都有利于对冲击地压进行防治。

参考文献

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作者简介：王旭（1973-），男，河南省义马煤业集团公司常村煤矿中级工程师，硕士，研究方向：煤矿安全管理。endprint