山西煤矿冲击地压分布规律及安全开采分析

宁冬冬

（晋能控股煤业集团临汾公司，山西 临汾 041000）

山西煤矿多为井工开采，在巷道开拓和煤炭回采的采掘过程中，会遇到地压的影响，并且很容易诱发煤与瓦斯突出、煤层自燃、冒顶等次生灾害，因此，煤矿从建设到投产的整个过程，不可不免开展从表面、浅部到深部地压的预防和治理，冲击地压是指煤（岩）体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的弹射、矿震、弱冲击和强冲击的动力现象，常伴有煤（岩）体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。.矿井的安全生产，都与防治结合，及综合治理冲击地压有关，影响煤矿冲击地压是两个重要因素是矿井地质构造和地应力环境，在培训和引进国内外先进技术的同时，结合自身条件和特点，采用因地制宜的方式进行了研究和试验，逐步形成一套具有国内特色的技术及相关的管理制度，认真总结这些宝贵的经验教训，势必形成良性循环，对我国煤炭安全生产发挥关键作用。

1 煤矿地压分析

1.1 冲击地压危害

目前，冲击地压是继水害、瓦斯、火灾、顶板事故之外威胁煤矿安全生产建设的又一灾害，成为煤矿的五大自然灾害之一。2017年1月17日10时15分左右，山西省中煤集团的担水沟煤业，发生一起重大顶板事故，并造成10人死亡的严重后果，并导致直接经济损失1517.46万元。

1.2 煤矿地压特点

煤岩体物理力学性质决定冲击地压的发生与否，其具有突发性、瞬时性、偶然性、破坏性，煤层具有冲击倾向性。

1.3 煤矿地压分类

1）根据煤矿生产或掘进时序，可将冲击地压分为掘进冲击地压，回采冲击地压和其他冲击地压。

2）根据冲击地压的发生位置，可在分为巷道冲击地压和工作面冲击地压。

1.4 煤矿冲击地压分布规律

1）瞬间底(帮)鼓、有强烈震动、煤岩弹射等动力现象的位置。

2）经过单轴抗压强度试验，强度大于60 MPa的坚硬岩层；埋深超出400 m的煤层，且煤层顶板100 m范围内存在单层厚度超过10 m的。

3）同一煤层的相邻矿区发生过冲击地压，而后经鉴定确定为有冲击倾向性煤层的。

4）冲击倾向性矿井开采新煤层、新水平。

1.5 冲击地压倾向性鉴定

采样标准按照GB/T 23561.1—2009《采样一般规定》规定进行取样，煤岩样采出后，立即用塑料薄膜及胶带封裹、密封并运送至实验室。

1.5.1 单轴抗压试验测试步骤（见图1）

图1 单轴抗压试验测试图

1）准备试样。

2）调整有球形座的承压板，将试样置于压力机承压板中心，使试样均匀受力。

3）记录最大破坏载荷，以每秒0.5～0.8 MPa的加载速度对试样加荷，直到试样破坏为止。

4）并记下有关情况，描述试样破坏形态。

1.5.2 测试数据整理

单轴抗压强度：

式中：σc为单轴抗压强度，MPa；P为块体最大破坏载荷，N；A为垂直于块体加载方向的试样横截面积，mm2。

2 冲击地压预测预报

2.1 经验比对

工作面采掘前，可利用经验比对法，对回采或掘进工作面进行冲击危险程度划分，随着采区不断延伸，应对山西省埋深超过400 m以下的矿井，开展冲击倾向性的体检和筛查，早发现才能早防治，在区域上对煤矿冲击地压发生进行预测预报和预警。

2.2 工作面矿压监测

描绘工作面液压支架阻力，并做出监测动态曲线，并对此进行周期监测循环，对工作面顶板来压情况进行预测预报，并结合其他物探监测手段，对工作面冲击倾向性程度进行预测预报并及时分析得出结论。同时通过安设顶板离层仪或自动测压表等辅助工具，对顶板压力及支架初撑力进行监控，对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。

2.3 微震监测

建立了区域与局部相结合的监测体系，在定位系统建成之前，采用现在的地震仪进行监控监测。利用周期变化来观察短周期地震仪监测记录，尤其是0.5级以上冲击发生的次数及冲击地压释放的能量。利用此趋势，来预报近期冲击地压发生的趋势，对应力释放的相关情况进行分析。

2.4 钻屑法及电磁辐射监测

钻屑法是利用超前工作面60 m范围为常规防冲监测区域，主要监测每米钻孔的钻屑量，一个是煤的冲击倾向，二是支承压力带特征，即支承的压力达到峰值及其距离巷道两帮的远近，如支撑压力数据显示参数已经达到临界值，并且鉴定煤层具有冲击倾向，就可以预测冲击地压发生，需要启动应急预案，而支承压力参数的测定，通常就是采用钻屑法探测。

3 安全开采

3.1 合理顺序开采

应采取区域先行、局部跟进、分区管理、分类防治的防冲原则，防止孤岛工作面存在。在生产与建设中，按照井田级别、采掘面级别、个体防护级别不同层面的煤矿冲击地压防治技术，因而采用沿空留巷等无煤柱护巷，110工法尽量不留煤柱，少掘巷道，开拓巷道及永久硐室，应布置在岩层或无冲击地压危险的煤层中。

3.2 注水法

因为随着采掘衔接的变化，注水效果和效力会降低，从根本来讲，这是直接可以最大限度地使用机械，而且作业方式灵活，可在冲击地压危险区域外进行注水。煤层注水采用与工作面煤壁平行的长钻孔高压注水法，注水和采煤工作基本保持同步作业，但一定保证注水的超前时间应低于3个月。

3.3 爆破法

在煤层内，打深孔爆破卸压，是针对具有应力显现危险的局部应力区，用爆破的方法，降低其应力集中状况，分散应力的一种解危措施，当用各种监测手段，捕捉到有冲击危险后，应即刻进行卸压爆破作业，同时为了提高卸压的效果，在煤柱等应力集中区域，应采用巷道卸压等措施。工作面开采期间，可对工作面煤层超前进行爆破松动和爆破泄压，爆破松动是一种主动治理措施，如果煤粉量指标低于冲击临界值，即认为已达到了解危的效果，反之则说明煤层仍具有冲击危险，应再进行一轮卸载爆破作业。爆破卸压是一种被动卸压防御措施。

3.4 钻孔法

在采面掘进期间，通过打钻孔卸压的方式，原理就是利用钻探方式来消除应力显现，消除隐患的解危措施。钻进后期靠近高应力带时，导致煤层积聚能量变多，钻具对煤层的冲击频度越高，强度也越大，但钻具冲击时煤粉量会增多。此类方法的基础来源于钻屑法时产生的钻孔冲击现象，因此每个钻孔周边会分布破碎区，当破碎区又彼此接近后，便能使煤层破裂卸压。钻孔卸压的原理，是利用高应力作用条件下，煤层中间积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤层，使煤层卸压、释放能量，同时消除冲击危险。随着约束条件的减弱，从而达到安全回采的标准化。

4 结论

1）降低冲击危险性，达到降温、降尘、防灭火的目的。井下有危险情况时，当班井下负责人有权责令现场作业人员停止作业，停电撤人。冲击地压型矿井必须由技术负责人制定冲击地压避灾路线，绘制井下避灾线路图，井下挂牌管理。并对井下作业人员进行培训和交底，冲击危险区域的作业人员必须掌握避灾路线以及被困时的自救常识。

2）发生冲击地压后，必须迅速启动应急救援预案和应急撤人预案，防止发生次生灾害，通过采取预测预报、防冲解危、安全防护等一系列措施，实现针对性较强的标准化治理流程，实现了矿井生产作业的本质安全。

3）通过冲击地压机理，对灾害治理研究工作提供了有力的技术支撑，同时也为同类型矿井提供借鉴和指导。

（编辑：苗运平）