寧曉寧

【摘 要】隨著我國煤礦開采深度的增加，各種煤巖地質災害也日益嚴重，其中沖擊礦壓因其發(fā)生突然，破壞性極大，嚴重威脅煤礦生產安全。該文討論了沖擊礦壓的發(fā)生機理、影響因素和防治措施，為煤礦安全評價提供了理論依據(jù)， 在煤礦安全生產中具有重要的指導意義。

【關鍵詞】沖擊礦壓；發(fā)生機理；影響因素；防治措施

1.沖擊礦壓分類

根據(jù)國內外的分類方法，沖擊礦壓可分為由采礦活動引起的采礦型沖擊礦壓和由構造活動引起的構造型沖擊礦壓。而采礦型沖擊礦壓可分為壓力型、沖擊型和沖擊壓力型。壓力型沖擊礦壓是由于巷道周圍煤體中的的壓力由亞穩(wěn)態(tài)增至極限值，其聚集的能量突然釋放。沖擊型沖擊礦壓是由于煤層頂?shù)装搴駧r層突然破斷或位移引發(fā)的，它與震動脈沖地點有關，而與事故地點無關。在某種程度上，構造型沖擊礦壓也是沖擊型的。沖擊壓力型沖擊礦壓則介于上述兩者之間，當煤層受較大壓力時，在來自周圍巖體內不大的沖擊脈沖作用下發(fā)生的沖擊礦壓[2]。

2.沖擊礦壓發(fā)生機理

沖擊礦壓發(fā)生的原因是多方面的，但總的來說可以分為三類，即自然地質因素、開采技術條件和組織管理措施。

沖擊礦壓的發(fā)生需要滿足能量條件、剛度條件和沖擊傾向條件。這些條件可以用煤層和頂?shù)装宓膭偠葋碚f明。

（1）當煤層和頂?shù)装宓膭偠染笥诹?，煤巖體穩(wěn)定。

（2）當煤層剛度小于零，但煤層和頂?shù)装宓膭偠戎痛笥诨虻扔诹悖簬r體亞穩(wěn)定或靜態(tài)破壞。

（3）當煤層和頂?shù)装鍎偠戎托∮诹悖簬r體強烈破壞，發(fā)生沖擊礦壓。

煤礦中，煤層，底板，頂板構成一個平衡系統(tǒng)。其中頂?shù)装宓膹姸染让簩哟?，而且煤層是開采對象，故在壓力作用下，煤體容易遭受破壞，如果是穩(wěn)定破壞，則表現(xiàn)為煤柱的變形、巷道壓縮等，如果是非穩(wěn)定、突然破壞，則表現(xiàn)為沖擊礦壓或突出。

3.常見的幾種顯現(xiàn)狀態(tài)

沖擊礦壓現(xiàn)象就是一種以急劇、猛烈破壞為特征的礦山壓力的動力現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為以下幾種狀態(tài)：

（1）彈射：單個碎塊從處于應力狀態(tài)下的煤或巖體上彈射出來，并伴有強烈聲響，這種是屬于微沖擊現(xiàn)象。

（2）礦震：它是發(fā)生在煤體或巖體內部或深部的沖擊礦壓，即深部的煤體或巖體發(fā)生破壞，但是煤或巖石不向已采空間內拋出，只有片幫或散落現(xiàn)象， 煤或巖體震動， 伴有聲響，有時產生煤塵。較弱的礦震稱為微震。

（3）弱沖擊：煤或巖石向已采空間拋出，但破壞性不大，對支架、機器和設備基本上沒有損壞，對工作人員已可構成傷害。圍巖產生震動，一般震級在2.2 級以下，伴有很大的聲響，產生煤塵，在瓦斯煤層中可能伴有大量瓦斯涌出。

（4）強沖擊：部分煤或巖體急劇破壞，大量向已采空間拋出，產生嚴重后果，出現(xiàn)支架折損、設備移動和圍巖震動，震級在2.3級以上，并伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產生沖擊波。其強度足以對人員構成極大的傷害。

4.沖擊礦壓的影響因素

影響沖擊礦壓發(fā)生因素是開采深度和地質構造， 煤層和頂?shù)装鍘r石的物理力學性質， 以及開采技術條件。

4.1地質因素

4.1.1煤層和頂?shù)装鍘r石性質及特征

頂?shù)装鍘r層比較堅硬， 這就使的其在破壞前的全部變形中，彈性變形占的比重大，而塑性變形所占比重小。這樣一來， 厚而堅硬的頂板， 其初次來壓和周期來壓步距較大（初次來壓步距一般在50m左右） ， 采后易形成大面積的懸頂， 積聚大量的彈性能，是發(fā)生沖擊礦壓十分典型的條件。再就是，煤層堅硬有脆性， 其抗壓強度也隨之增大， 當其承壓達到極限平衡時，在外部誘因（如放炮等）的作用下使其平衡狀態(tài)破壞，煤體發(fā)生脆性破壞，彈性能突然釋放，發(fā)生沖擊礦壓。另外，煤層厚度越大，其煤體發(fā)生脆性破壞的傾向性越大，發(fā)生沖擊礦壓的機率也越大。

4.1.2地質構造

通常在地質構造帶中尚存有一部分地殼運動的殘余應力，形成構造應力場。在煤礦中常有斷層、褶曲和局部異常（如底板凸起、頂板下陷、煤層分岔、變薄或變厚等現(xiàn)象）等構造帶。如斷層在形成的過程中，斷裂能夠釋放一定的能量，使其兩側的構造應力降低。但在斷層的尾端構造處，仍可積聚有較大的殘余應力，給發(fā)生沖擊礦壓創(chuàng)造了必要的條件。沖擊礦壓就常常發(fā)生在這些構造應力集中的區(qū)域。

4.2開采技術因素

開采技術因素可以從兩個方面促使沖擊礦壓的發(fā)生：一是人為地形成高度應力集中，增加發(fā)生沖擊礦壓的危險性；二是改變應力狀態(tài)和產生震動，可以誘發(fā)出沖擊礦壓。具體分析如下：

4.2.1采煤方法

各種采煤方法的巷道布置和頂板控制方法不同，所產生的礦山壓力和分布規(guī)律也不同。一般來說，短壁體系（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，遺留煤柱多，形成多處支承壓力迭加，容易發(fā)生沖擊礦壓。因此，具有沖擊危險的礦井最好采用直線長壁式采煤方法。

4.2.2煤柱的狀況

煤柱是產生應力集中的地點。孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應力的迭加作用，因而在煤柱附近最容易發(fā)生沖擊礦壓。煤柱上的集中應力不僅對本煤層開采有影響，而且對下部煤層形成沖擊條件。

4.2.3采掘順序

采掘順序對于礦山壓力的大小和分布影響很大，巷道相向掘進， 回采工作面相向開采，以及在工作面前方的支承壓力帶開掘巷道，都會使支承壓力迭加而可能發(fā)生沖擊礦壓。因此，應當避免同一區(qū)段上兩翼工作面同時接近上下山。

5.沖擊礦壓的防治措施

5.1預測、預報工作。

電磁輻射監(jiān)測預報：電磁輻射監(jiān)測的原理是，利用電磁輻射儀接收采掘生產過程中煤巖體在礦壓作用下產生、發(fā)射電磁輻射的信號，即監(jiān)測到的電磁輻射強度能反映煤巖體內部應力變化尺度及破壞程度的特征信息。自掘進工作面迎頭向外50m范圍內每隔10m布置一測點，在該區(qū)域內進行電磁輻射監(jiān)測。監(jiān)測礦成立專門防沖擊礦壓專業(yè)隊伍，利用儀器對煤層進行觀測，如利用電磁輻射儀每班重點區(qū)域進行設點觀測，通過分析每天對沖擊礦壓危險性做出預報。

5.2采取注水卸壓、鉆孔卸壓、爆破卸壓（包括松動爆）、頂板注水或強制放頂?shù)葴p緩應力集中程度的措施，規(guī)定時間、地點、相應的工藝參數(shù)以及檢查實施效果的方法。鉆孔卸壓：鉆孔卸壓的實質是鉆孔接近高應力帶時，煤層中積聚的彈性能破壞鉆孔周圍的煤體，因此，在每一個鉆孔周圍形成一定的破碎區(qū)，當這些破碎區(qū)互相接近后，形成一個較大的松動區(qū)，煤層卸壓釋放能量，從而消除或減緩煤巖體沖擊危險性。

5.3生產技術專項措施。

①合理布置巷道，不留中間煤柱，風道與上段凈煤柱應留5～7m，避開應力峰值區(qū)，石門繞道等應與上下兩巷垂直布置。②開采有沖擊礦壓危險煤層，兩巷斷面應不低于8，并使用錨網(wǎng)、錨索加鋼帶的主動支護方式。

6.結論

煤礦開采過程中，沖擊礦壓現(xiàn)象的危害程度比一般礦山壓力顯現(xiàn)程度更為嚴重。尤其是同煤集團的一些礦井開采邊角煤、保護煤柱的條件下，開采中更易發(fā)生沖擊礦壓，造成嚴重的自然災害。但是，我們在掌握其成因和機理，并了解影響其發(fā)生因素的基礎上，在現(xiàn)有的技術水平下，通過對沖擊礦壓認真地測定，并針對具體情況采取有效的防治手段，完全可以消除或大大減少沖擊礦壓事故，確保煤礦正常有序的生產。

（1）確定煤層沖擊危險狀態(tài)及等級對沖擊礦壓治理有重要意義。

（2）在一定的圍巖與壓力條件下，任何煤層都有可能發(fā)生沖擊礦壓。通過一定的方法，沖擊礦壓是可以防治的。

（3）由于沖擊礦壓的隨機性和突發(fā)性，必須進行沖擊礦壓危險的區(qū)域預報與局部預報相結合，早期預報和及時預報相結合，采用多種方法進行綜合預測。

【參考文獻】

[1]陳文波.沖擊礦壓產生原因及防治措施[J].煤炭技術，2005.

[2]馮小軍，曹新奇，張呈國.淺談煤礦沖擊礦壓及其防治措施[J].山東煤炭科技，2009（5）：135-137.

[3]鄭向東.沖擊礦壓對礦井生產的影響及其控制[J].科技信息：287-288.