冲击地压

0引言冲击地压是煤矿开采中常见的灾害，也是煤矿井下开采中最严重的自然灾害之一。

冲击地压发生时，围岩迅速释放能量，煤岩突然被破坏，造成暴风、冒顶片帮、支架折断、巷道堵塞、地面震动、房屋损坏和人员伤亡。

近几年来纵观200多年来冲击地压的研究历史，人们对这一动力现象已从表面现象的观察和描述，过渡到内在规律的揭示；从一般的认识发展到对发生机理的力学和数学论证，形成了各种理论或学说。

对冲击地压的预测和防治，也有了一套基本成熟的理论。

中国的冲击地压的现状如何，在下面会一一介绍。

1冲击地压的特点1．1冲击地压是井下煤岩体突然的、爆炸式的破坏，因此，又被称为“煤炮”、“岩崩”、“板炮”、“闷墩”等。

1．2发生过程暂短，象放炮一样，伴有巨大的声响和强烈的震动，震动波范围可达几km，时间却不超过十几秒钟。

1．3有时顶板瞬间明显下沉，顶板可能不昌落；有时底板突然开裂鼓起，甚至接顶；有时大量煤块从煤壁抛出，堵塞巷道，支架被破坏，人员遭受伤亡，破坏性很强。

1．4它与大面积老顶来压的区别是顶板可能不昌落。

发生前后瓦斯涌出量一般无明显变化，这是煤与瓦斯突出的区别，但它们可能互为诱发因素即大面积的老项来压或煤与瓦斯可能同时发生冲击地压。

2冲击地压机理2．1强度理论煤岩体破坏的原因和规律，实际上是煤岩体的强度问题。

20世纪30年代末期，广为流传的拱顶和悬臂梁理论对强度理论有了很深的理解。

拱顶理论认为，坑道周围岩体破裂而形成破碎岩石的拱顶区，由于岩石卸载，而使其邻区的岩体产生应力集中；悬臂梁理论认为，采场上方顶板以悬臂梁形式施加载荷于矿体，悬臂梁以煤壁为支点弯曲下沉，造成煤体边缘部分应力集中。

2．2刚度理论刚度理论是由库克等人在20世纪60年代根据刚性压力机理而提出的。

认为试件的刚度大于试验机构的刚度时，破坏是不稳定的，煤岩体呈现突然的脆性破坏。

刚度理论实际上也是一种能量理论。

2．3能量理论20世纪60年代中期库克等人总结了南非15年冲击地压的研究情况后提出，若随着采掘范围的不断扩大，矿体-围岩系统在其力学平衡状态破坏时所释放的能量大于消耗能量时，即产生冲击地压。

2．4冲击倾向理论实践表明，同一矿井在几乎相同的自然地质和开采技术条件下，有些煤层发生冲击地压，有些不发生。

这说明产生冲击地压的煤岩体一般都具有一定的物理力学特性，决定于产生冲击破坏的能力。

这种能力是煤岩介质的固有属性，称为冲击倾向。

冲击倾向采用相应的指标或指标组加以度量即冲击倾向度，产生冲击倾向的条件是介质实际的冲击倾向度大于所规定的极限值。

2．5失稳理论失稳理论的提出是基于冲击地压是材料失稳的思想。

力学变形系统稳定性的判据，就是众所周知的狄里希锐准则，即取决于变形系统势能驻值的性质，也就是当系统势能有驻值时，对应于任何的应变场，势能П的一次变分为零，即δП=0。

当势能有驻值，并为极小值时，有系统势能二次变分大于零，系统为稳定的，即有δ2П>0。

如势能的二次变分为零，系统为随迂平衡，也可以看作稳定的，有δ2П=0。

如势能的二次变分小于零，则系统势能为极大值，系统为不稳定平衡，有δ2П< 0。

此时，若有扰动，变形系统发生失稳，也就是说发生冲击地压，这是能量形式的失稳准则。

3冲击地压预测方法冲击地压预测是冲击地压防治工作的基础。

目前，冲击地压预测的方法主要有微震监测法、声波法、声发射预测法、电磁辐射法和重力法。

这里主介绍重力法和微震预测法的机理。

3．1重力法广泛用于矿山震动与冲击矿压的预测预报之中。

主要是确定在有冲击地压危险的区域，微重力异常曲线RB-GA趋向性的变化特征。

一般情况下，在发生震动与冲击矿压前，岩体的体积将会增加，从而使岩体的密度降低，微重力异常值RBGA将发生变化。

其变化趋势为T，该趋势的斜率估计量为A，见图1所示。

AMPi-1定义为Ti-1的振幅度。

它是RBGA曲线的梯度值，其变化对应着岩石密度梯度的变化，与岩层开采引起的应力变化具有简单的关系。

图1微重力异常的趋势及变化幅度AMPi-1增加时，对应着压力的集中，可以提前预计观测区域内岩层释放的能量。

AMPi-1减小时，对应岩层应力释放，卸压。

3．2精确微震预报法是根据微震的具体参数和数值，进行冲击矿压危险预报的。

精确微震预测冲击矿压危险是一种比较复杂的方法，其判据临界值很难确定。

在实际生产中主要是根据观测的资料，详细分析并找出明确表示微震与冲击矿压之间的关系式。

精确微震预测是以3个参数为基础的：第一，岩体中微震发生的大小；第二，岩体中应力变化或非稳定状态的变化；第三，考虑地层震动的情况下，地震力对井巷的作用。

而这些参数是依据实测资料得到的。

4冲击地压的防治4．1调整生产布局减少煤柱高应力区。

4．2开展冲击地压预测预报。

为了全面准确掌握全矿冲击地压危险性分布状况、危险程度，在预测预报工作上进行了区域性和局部性预测预报。

预测方法采用钻粉法、电磁辐射法和矿压观测法。

4．3加大瓦斯抽放能力。

为了提高瓦斯抽放量，降低瓦斯压力，杜绝冲击地压引发瓦斯燃爆及煤与瓦斯突出事故，对瓦斯抽放系统进行了改造。

4．4煤体注水卸压。

从改变煤体的物理机械特性入手，对煤体进行静压、高压注水，以软化煤体和缓解应力集中，达到卸压的目的。

4．5超前卸压钻孔。

在冲击地压严重的煤掘工作面，实施超前卸压钻孔。

4．6深孔卸压爆破。

4．7提高综放面装备水平。

4．8改革巷道支护方法。

为了解决落后的T铁棚刚性支护抗冲击能力差的问题，对巷道支护进行改革，其形式有U型钢可缩支护、圆型支架、锚网支护、锚网和U型支架联合支护等；并在冲击地压较严重的巷道采用全长锚固支护形式，其抗冲击效果更为明显。

5我国冲击地压的现状5．1冲击地压的分布（下转第428页）冲击地压浅析肖新（皖北煤电集团有限责任公司朱集西矿调度指挥中心，安徽淮南232001）【摘要】本文就冲击地压的特点、机理、预测、防治和我国冲击地压的一些现状进行了简要的分析。

【关键词】冲击地压；预测；浅析426（上接第426页）a：我国冲击地压主要分布在华北、东北地区，主要集中分布在四个条带，即北纬26°、北纬34°、北纬39°和北纬42°附近区域的黑、吉、辽、京、冀、豫、鲁、皖、川、黔、湘、赣等12省市，其中辽、京、鲁、皖、黔等五省市发生冲击地压的煤矿较多。

b：矿冲击地压发生次数随开采深度的变化规律。

可见，冲击地压存在一个开始频繁发生的临界深度，即在小于此深度开采时，尽管也可能发生冲击地压，但都是零星的，当大于此深度开采时，冲击地压会频繁发生.c：时间分布也不同，不同的时期，发生冲击地压的频率不同。

5．2我国冲击地压分为三类煤体压缩型冲击地顶板断裂型冲击地压和断层错动型冲击地压。

a：煤体压缩型：包括重力和水平构造应力引起的两种，多发生在厚煤层开采的采煤工作面和回采巷道中。

震级一般不超过2级，但冲击地压发生后，突出的煤量较多，易造成设备破坏和人员伤亡。

b：顶板断裂型：由顶板岩石拉伸失稳而发生。

多发生在工作面顶板为坚硬、致密、完整且厚的岩体中采空区的大面积空顶部位。

牵涉范围广，释放能量大，发生强度高，一般震级在2～3级之间。

c：断层错动型：由断层围岩体剪切失稳造成。

发生在采掘活动接近断层时，受采矿活动影响而使断层突然破裂错动。

发生深度一般为800～1000m。

6结束语现在，我们寻找冲击地压成因时，有人说是煤层冲击，也有人说是顶板或底板冲击，对冲击地压发生机理仍然不太明朗。

而冲击地压发生时各岩层之间关系错综复杂，各种冲击相互伴生，不能判定为某单一岩层导致的冲击，这种判定的产生都是由于到目前为止对冲击地压。

机理不清晰性给冲击地压的防治带来了很大的困难，考虑冲击地压时要考虑方方面面的东西。

在对我国冲击地压区域分布、深度分布及时间分布研究的基础上，提出了冲击地压的分类。

在寻找冲击地压机理和分类方面，我们仍然是任重而道远。

【参考文献】［1］张弛，米晓薇，张绍朋．矿山冲击地压现状与几种解决方法的机理[J]．煤炭技术，2008，10，27（10）．［2］石长生．卸压钻孔在防治冲击地压区的实践[J]．能源技术与管理，2007（1）．［3］刘卫方，张荣玉．冲击地压发生机理综述[J]．矿业工程，2006，4，4（2）．［4］王庆阳，张德利，李国宏．冲击地压的发生与防治[J].煤矿安全，2002，7，33（7）．［5］潘一山，李忠华，章梦涛．我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究[J]．岩石力学与工程学报，2003，11，22（11）．［6］王淑坤．冲击地压机理[J]．岩石力学与工程学报，1996，10，15，增刊．［7］王长胜．浅谈冲击地压及防治技术[J].煤炭技术，2000，2，19（2）．［责任编辑：周娜］●王蕾等对相山铀矿田中的沙洲矿床铀矿石中的萤石矿物进行系统流体包裹体研究。

通过对沙洲铀矿床-138m标高和-98m标高流体包裹体研究认为：沙洲铀矿床平均均一温度高于下庄铀矿田成矿期和成矿晚期的均一温度，但低于下庄铀矿田成矿早期均一温度。

沙洲铀矿床流体的平均盐度分别要高于下庄铀矿田成矿早期、成矿期和成矿晚期。

沙洲铀矿床的萤石包裹体平均密度与形成深度之间的关系不明显。

沙洲铀矿床流体包裹体均一温度与盐度的规律性不甚明显，密度与均一温度成明显的负相关关系，而密度与盐度之间关系不明显。

沙洲铀矿床铀成矿平均深度分别是578m和537m，形成后遭受过较大规模的剥蚀作用，其剥蚀深度大约在190-240m之间。

张树明等对相山铀矿田西部的邹家山矿床矿石中的萤石进行了系统的流体包裹体研究，认为流体包裹体均一温度与盐度之间的关系呈抛物线型，密度与均一温度呈明显的负相关关系，而密度与盐度成正相关关系。

计算获得邹家山矿床-130m和206m标高铀的平均成矿深度分别是553m和65m，矿床形成后遭受一定程度的剥蚀，其剥蚀深度大约在65-150m。

黄锡强等对包裹体研究认为该矿床属于中低温热液矿床类型；成矿流体的盐度属于低盐度范围，推测其成矿流体来源既可能是来至于岩浆热液，也可能是变质热液或大气水热液；而碳氢氧稳定同位素的分析结果表明矿田成矿热水溶液的来源主要属于大气降水，并且已发生明显的“氧漂移”，也可能有少部分属于岩浆水和大气降水的混合体；矿床的成矿流体C同位素的分析，又证明了其来源可能为大气降水、火成岩和地幔。

而根据流体包裹体的成分分析，再次证明了其成矿流体还与岩浆热液有关。

沙洲铀矿床的成矿流体主要来自大气降水，并有岩浆水和地幔热液的参与，属于(中)浅层成矿类型。

杨水源等通过对相山地区流纹英安岩和流纹英安斑岩中锆石U-Pb同位素年代学及锆石Hf同位素特征的研究认为：相山流纹英安岩的形成时代为早白垩世，相山大规模火山活动开始的时间应该为早白垩世，而非前人认为的晚侏罗世；以往对相山其他侵入杂岩年龄的确定还存在问题，应重新采用高精度的锆石U-Pb定年方法进行研究测定；相山流纹英安岩和流纹英安斑岩两者是同一期次不同阶段的产物，相山大规模的火山侵入活动可能是一次集中而短暂的活动；相山流纹英安岩和流纹英安斑岩可能是起源于基底早元古代-中元古代的变质岩的部分熔融，并且无明显地幔物质的加入。