冲击矿压的灾害分析与防治技术

邹桂兴

摘 要：安全生产是煤炭企业生存的第一要务，冲击矿压是威胁煤炭企业安全生产的主要因素，因此，加强对冲击矿压的成因、灾害、防治的研究是非常重要的。本文首先介绍了冲击矿压的成因，分析了冲击矿压的灾害因素，并结合自身经验，讲解了如何在不同生产阶段来预测、防范冲击矿压，确定矿压形成的时间、位置、大小，从而达到防治矿压的效果。

关键词：冲击矿压；灾害；防治

中图分类号：TD324 文献标志码：A

0 引言

安全第一是煤炭企业的生产宗旨，如何能够避免发生煤炭生产灾害事故，其中对于冲击矿压的认识和研究是极其重要的。冲击矿压是一种煤炭生产中比较常见的物理现象，当在矿井的高应力区域发生矿压时，可能就会产生一些严重事故，对生产人员的生命财产造成风险，这种危险一般发生在煤矿局部位置达到强度极限时，挤压的能量将突然爆发出来，造成突发事故，破坏力非常大。随着我国煤炭开采规模和开挖深度的不断扩大，这种灾害会越来越凸显，因此，研究讨论冲击矿压的灾害分析与防治技术是十分有必要的。

1 冲击矿压的成因

冲击矿压是指在煤层中由于裂纹变大和局部变形导致的失稳现象，与具有裂隙的各向异性岩石介质的力学性质和围岩在外加荷载作用下应力应变场的演化与失稳密切相关。各国专家对于冲击矿压的发生机理都进行了深入的研究，通过对冲击矿压现场调查及实验室研究的基础上，从不同角度提出了一系列关于冲击矿压形成的理论，如：强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论、三准则理论和变形系统失稳理论等。强度理论认为：产生冲击矿压时支护—围岩力学系统将达到力学极限状态；刚度理论认为：矿山结构的刚度大于围岩—支护刚度是产生冲击矿压的必要条件；能量理论则认为：当支护—围岩力学系统在其力学平衡状态被破坏时的能量大于所消耗的能量时，即发生冲击矿压。

2 灾害分析

煤矿出现的冲击矿压情况已经对煤矿企业的生产安全构成重大威胁，经常会造成设备损坏、人员伤亡、底层起鼓等严重事故，尤其是与采空区比较近的区域，会发生岩巷的严重变形或破坏，有时在完成修补后会反复出现险情，巷道无法使用，不能正常生产，对煤矿企业造成巨大经济损失。经分析，产生灾害的原因主要有以下几种情况：

（1）在煤矿生产过程中，如果遇到断层，就会产生应力的集中，而应力集中就会导致冲击矿压的发生。

（2）悬顶地质构造可能会产生冲击矿压。当巷道上顶出现大面积的、坚硬的、厚度大的岩石，就会对周边的煤层产生非常大的压力，这种情况有可能产生冲击矿压。

（3）当地质构造是水平应力为主时，可能为冲击矿压提供更有利的条件，尤其是在转弯的部位发生冲击矿压的风险更大。

（4）由于煤柱是应力比较高的区域，受到回采区域的压力以及采空区域的双重压力效果，煤柱位置一般是应力最高的位置，再加上生产活动的长期震动，产生冲击矿压的概率非常高，应当给予重点关注。

（5）随着煤矿开挖深度不断增大，工作面范围不断增大，也为冲击矿压增加了发生的概率。

（6）按照一般经验，当开挖深度到达200m和400m的深度时，冲击矿压的发生概率会比较大。

3 冲击矿压的防治技术

冲击矿压的防治工作是煤矿企业安全生产的首要任务。开展冲击矿压的防治首先要对存在的潜在危害进行评估，分析冲击矿压的形成原因，计算危险等级，形成分析报告，确定矿压形成的时间、位置、大小，必要时需要进行岩石的性能试验，最终为安全生产提供可靠的分析报告，达到防治的效果。

确定矿压风险的位置对煤炭企业选择开挖位置、制定生产计划、选择技术方案等工作十分重要，能夠避免发生冲击矿压。如果确实需要在有冲击矿压风险的位置进行开采，可以根据评估报告，制定专项生产方案，采取一定的技术手段将冲击矿压的风险降到最低，避免发生安全事故。所以煤矿评估矿压风险可以分为勘探阶段、建设阶段、生产阶段，在不同的时段，评估的内容和作用是不同的，是有针对性的。在煤矿的勘察阶段，一定要详细了解地质构造，了解煤炭的深度、构造，确定岩石的性能、强度等重要力学参数，做好基本资料的调查工作；在煤矿的设计和建造阶段，要更加详细地了解煤层的基本性能，并对这些参数进行分析计算，确定冲击矿压的位置，设计一个较为安全是生产方式，并制定一系列技术方案为后续生产过程做好基础；在煤矿的生产阶段，应当依据国家的煤炭企业安全生产管理规定进行严格执行，严格按照设计要求进行开采，避免出现重大安全事故。同时，要制定相关内部管理程序，定期进行风险评估，落实安全生产责任制，加强安全管理。

一般情况，常规评估冲击矿压主要是对煤炭生产环境条件进行分析评估，按照生产制度的要求，定期监测煤层的应力状态，分析煤层的能量分布情况，确定冲击矿压的产生形式和大小，为防止危害提供参考。按照煤炭企业发生事故的经验，冲击矿压一般会出现在应力最大的位置，这个位置一般出现在深度比较大、有一定构造应力、生产区域应力比较大、煤柱位置、煤层的断层等位置，而且距离煤层边缘越近，产生事故的风险越大。当冲击矿压将要发生时，受压的煤层和岩石将受到非常高的压力，存在着巨大的能量。如果经常出现比较小的变形，则冲击矿压的能量也会比较小。如果突然出现重大形变，则一定是能量非常大的冲击矿压。煤矿企业应当时刻进行监测煤层的情况，了解煤层的应力变形的情况，做好风险评估工作。

煤炭生产过程中需要进行评估分析和试验分析工作，这些都要遵守行业规范和国家标准。冲击矿压的探测办法有很多，主要是两种。一种是以钻屑法为主的局部探测法，包括煤岩体变形观测法（顶板动态、围岩变形）、煤岩体应力测量法（相对应力测量、绝对应力测量）、流动地音检测法、岩饼法等，这些方法侧重于探测生产区域的关键部位，操作都比较方便，数据比较准确，所以，煤矿企业一般都会采用这些方法。但这些方法也存在缺点，就是比较浪费人力物力，不能够连续探测，难以进行同时间段分析比较；第二类是系统监测法，包括地音系统监测法和微震系统监测法以及其他地球物理方法（地温、地电、地磁等）。这种方法主要是分析冲击矿压的形成过程，根据探测到的一些现象，能够提出预测风险。生产时可以在不同的关键位置设置监测点，形成一个监测网，定时收集监测数据，按照一定的程序进行计算分析，最终达到控制风险的目的。这类方法可以实现在空间上和时间上的连续监测，但维护管理较困难，分析数据和判定煤岩体的力学状态难度较大，需要经过长期实验，积累大量经验数据，方可准确预测。

结语

冲击矿压是危害煤矿企业安全生产的主要因素，各个煤炭企业都应当认真掌握冲击矿压的防范技术，学习了解冲击矿压的形成机理，能够分析冲击矿压的灾害因素，而且安全生产是常抓不懈的重要工作，为了避免冲击矿压的风险，同样需要抓铁有痕，建立防范体系和完善的管理制度，将冲击矿压的风险降到最低，确保企业能够安全生产，保证员工的生命财产安全。

参考文献

[1]姜福兴，王平，冯增强，等.复合型厚煤层“震-冲”型动力灾害机理、预测与控制[J].煤炭学报，2009，34（12）：1605-1609.

[2]夏永学，蓝航，毛德兵.动静载作用下冲击地压启动条件及防治技术[J].煤矿开采，2013，18（5）：83-86.

[3]陈国祥，孙强.基于褶皱区应力场分布规律的冲击矿压防治[J].矿业安全与环保，2011，38（2）：43-45.

[4]徐学锋，窦林名，刘军，等.煤矿巷道底板冲击矿压发生的原因及控制研究[J].岩土力学，2010，31（6）：1977-1981.