煤矿冲击地压产生原因及防治措施

煤矿冲击地压产生原因及防治措施
作者：黄传宝
来源：《科技致富向导》2014年第03期
【摘要】冲击地压是矿山开采中发生的煤岩动力现象，是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一。

这种动力灾害通常是在煤岩力学系统达到极限强度时，聚积在煤岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，造成煤岩体振动和破坏，动力将煤岩抛向井巷，同时发生强烈声响，造成设备、井巷的破坏，人员的伤亡等。

冲击地压可能还会引发其它矿井灾害，尤其是瓦斯煤尘爆炸、火灾以及水灾，破坏通风系统，严重时造成地面震动和建筑物损坏等。

【关键词】冲击地压；防治措施
1.冲击地压具有以下明显的显现特征
（1）突发性没有明显的宏观前兆而突然发生，过程短暂（持续几秒到几十秒），难以事先准确确定发生时间、地点和强度。

（2）瞬时震动性过程急剧而短暂，伴有巨大声响和强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地面有震感，但震动持续时间一般不超过几十秒。

（3）巨大破坏性顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落；底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷道，损坏设备。

造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。

（4）复杂性在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄到厚，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过冲击地压。

七煤集团公司桃山矿2005年5月13日发生第一次冲击地压，随着煤层开采深度的增加，冲击地压发生频繁。

冲击地压现已成为七煤集团制约生产的重大安全隐患之一。

2.采区工作面地质条件概况
桃山煤矿三水平一采区位于井田中部偏东，采区走向长约1800～1900m，倾斜长约2000m，采区面积约3.6km2。

可采煤层分别为85层、90层、95层。

一采区首采煤层为85煤层，煤层厚度0.65～0.92米，平均厚度0.8m，85煤层顶板以中砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，
直接顶为灰白色粉砂岩，厚度0-7m，坚固性系数f值为4～6。

老顶以中砂岩为主，坚硬稳定，厚度达20.5～44.2m，平均厚度在28m左右，。

坚固性系数f值为8～10。

三水平一采区85层右一片于2004年4月作为首采面正式开采，现42035队开采85层右二片为第三个工作面。

42035采煤工作面采用走向长壁后退式开采。

方式，高档普采，工作面长140m，煤层倾角250。

开采深度667～740m厂该工作面位于采区右翼，上部为85层右三片采空区，下部为85层右三片未采区，左部为皮带井煤柱线，右部为采区边界。

该工作面与85层右一片采空区留
10m保护煤柱。

上下巷共揭露断层5道，落差在5m以上的有2条，对工作面生产影响较大。

3.冲击地压现象分析
对桃山矿一采区前后发生的近10次冲击现象进行了分析可以得出如下几点：
①发生冲击地压现象的地点，其开采深度达到700m左右。

②冲击区域的顶板岩层与煤层出现离层，且顶板完整没有破碎。

2007年7月15日的冲击产生的煤、岩层离层距离达8cm，向煤壁内延伸达5m之深，说明冲击的主要原因可能是坚硬顶板所致。

③该区域内顶板为中砂岩，根据钻孔资料，其厚度在29～30m之间。

④大部分情况下，工作面每推进25～30m就发生一次小的冲击地压，与工作面的周期来压规律比较吻合。

⑤上巷冲击地压发生时，主要显现形式为巷道煤壁鼓出。

⑥冲击矿震发生时，部分支柱被震歪，发生较大的冲击时，部分支柱被震断，铰接顶梁被震断。

⑦冲击地压发生后，上巷内的顶板有明显的下沉，下沉量达到200～400mm。

⑧几次冲击地压现象，有较明显的底臌现象。

4.煤层及煤层与顶底板组合的冲击倾向性试验
为了分析桃山矿一采区的冲击地压发生机理，防止冲击地压发生，对该采区85煤层各冲击倾向性指标进行了试验研究。

由试验得出，85煤层煤样的单向抗压强度为，15.99MPa，煤样平均动态破坏时间为
54.82ms，平均冲击能指数为4.93，平均弹性能指数为4.67，对比行业标准MT/T174-1000可以认为该工作面煤样具有弱冲击倾向性。

组合煤岩的冲击倾向性试验结果为：单向抗压强度为20.40MPa，煤样平均动态破坏时间为.54ms，平均冲击能指数为3.0，平均弹性能指数为4.32。

综合比较可以看出，岩—煤以及岩—煤—岩组合试样发生动态破坏的猛烈程度要远强于纯煤试样的破坏猛烈程度。

试验结果表明，单纯煤试样的冲击倾向性指标与煤岩样的冲击倾向性指标基本上一致。

但是，煤岩样组合的单向抗压强度比单纯煤样的单向抗强度大27.6%，而且岩—煤以及岩—煤—岩组合试样发生动态破坏的猛烈程度要远强于纯煤试样的破坏猛烈程度。

5.一采区42035217.作面冲击地压类型
一般说来，冲击地压可分为由采矿活动引起的采矿型冲击地压和由构造活动引起的构造型冲击地压。

而采矿型冲击地压又分为压力型、冲击型和冲击压力型。

压力型（煤柱型）冲击地压是由于巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值，其聚集的能量突然释放。

冲击型（顶板或底板型）冲击地压是由于煤层顶底板厚岩层突然破断或位移引发的，它与震动脉冲地点有关。

冲击压力型冲击地压介于上述两者之间，当煤层受较大压力时，来自围岩内不大的冲击脉冲作用下引发的冲击地压。

一采区回采的85煤层顶板，老顶为坚硬稳定的中砂岩，硅质胶结，厚度大，平均厚度在28m左右，坚固性系数f值为8～10。

局部有直接顶，赋存不稳定，为粉砂岩和粉细砂岩互层，厚度在0～7m之间，坚固性系数f值为4～6。

厚度大而且坚硬的老顶是产生冲击危险的一个主要因素。

研究表明，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬、厚层砂岩顶板是导致冲击地压发生的主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。

在坚硬顶板破断或滑移过程中，大量的弹性能释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型冲击地压或顶板型冲击地压。

同时由于42035工作面上巷的采空区一侧，老顶可能处于悬顶状态。

此外，在该区域形成较强烈的应力集中现象，应力集中区域趋向采空区。

这时，在坚硬厚层顶板中聚积了大量的弹性能，在其破断或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板型冲击地压的发生。

6.顶板煤层型冲击地压的防治
对于42035212作面及其巷道冲击地压危险的监测预报主要采用综合指数法早期分析、电磁辐射和钻屑法及时预报等三种方法进行。

電磁辐射法主要采用KBD5、KBD7冲击地压电磁辐射监测仪，在42035工作面超前上巷200m范围内，每10m布置一个观测点，监测冲击地压危险。

对监测到具有冲击危险性高的区域，采用钻屑法进一步检测，并采取相应的防治措施。

此外，还采用电磁辐射法检验防治措施的效果。

根据冲击地压的强度弱化减冲原理，弱化煤岩体的强度和降低其冲击倾向性，用钻孔卸压、媒体爆破卸压和顶板爆破等三种措施进行防治。

在42035上巷靠工作面侧进行煤体卸压松动爆破，降低了煤体的冲击危险程度，使应力高峰区向煤体深部转移，并降低应力集中程度。

爆破产生振动使得煤体中聚集的能量得到了部分释放，爆破使得煤体形成了近6m左右的防冲松散带，从而有效地阻挡了煤体的冲出。

在上巷靠近采空区处的巷道上方顶板采用钻机打深10m的钻孔，并在孔内装4m长的刚性被筒炸药进行顶板深孔爆破，破坏顶板的完整性，释放因压力聚集而产生的能量，减少顶板由于采动影响和时间效应而产生的断裂对煤层和支柱的冲击震动。

7.效果评价
对于420352工作面的冲击地压问题，根据冲击地压的强度弱化减冲原理，降低煤岩体和冲击地压发生的强度，用钻孔卸压、煤体爆破卸压和顶板爆破等三种措施进行了防治，取得了良好的效果，保证了安全生产。

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