义马煤田冲击地压现状与研究

第一章冲击地压概述

煤矿煤岩动力灾害主要包括冲击地压和有瓦斯气体参与的煤与瓦斯突出，本次课程我们主要介绍冲击地压的基本知识、发生的原因、机理、影响因素以及冲击地压危险的预测预报技术、冲击地压危险的治理措施等方面的实用技术。

第一节冲击地压动力灾害

冲击地压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿、金属矿井、隧道等的安全轻则构成严重威胁，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。随着井工矿井开采深度的增加，煤岩动力灾害－冲击地压的危险也在逐步增加。原来没有发生过冲击地压的矿井，现在也开始发生，原来发生过冲击地压的矿井，现在冲击发生的强度越来越大，发生的次数越来越多。

目前，我国有近50对矿井累计发生过4000多次冲击地压，造成数以百计的人员伤亡，巷道破坏达30多公里。

冲击地压作为采矿诱发的地震，与地震相比，虽然震级不大，但由于其震中距地表近，属浅表层地震，其危害性非常严重。图1—1为按里氏震级划分的德国、向非、波兰等国以及我同矿区、三河尖煤矿、华丰煤矿等发生冲击地压的最大强度。

第二节义马煤田冲击地压概况

1、生产地质情况

义煤集团公司冲击地压主要发生在中部义马煤田。义马煤田分布有5对生产矿井，即：常村、跃进、千秋、耿村、村煤矿。目前矿井采深分别是：常村矿600-800m,跃进矿650-1060m, 千秋矿750-980m,耿村矿500-650m,村矿400-600m。

义马煤田含煤地层为侏罗系，开采煤层为中侏罗统义马组，煤田基本构造形态为一简单的单斜构造。地层产状平缓，走向近东西，倾向南，自下而上分别是2-3煤、2-2煤、2-1煤、1-2煤和1-1煤，煤层倾角8～25°大部分区域在10°左右，现主采2-1煤和2-3煤。煤层赋存比较稳定，开采条件较好，煤层直接顶

为泥岩和砂质泥岩、老顶为巨厚砾岩，底板为煤与泥岩互层和炭质泥岩；煤田煤层瓦斯含量在2.19～9.72m3/t，矿井地质条件和水文地质条件均较为简单。煤种为长焰煤，挥发份大都在35-40%以上。2-1煤层煤厚在0.14～9.45m，平均煤层厚度3.5～4.6 m；2-3煤层煤厚在0.2～21.7m，平均煤层厚度4.5～9.6 m。煤层具有冲击倾向性。

2、冲击地压情况

义马煤田冲击地压从80年代就有显现。主要表现为响煤炮和局部支架损坏，但没有详细记录。首次有记录的冲击地压为1998年9月3日，千秋煤矿18152下巷掘进工作面冲击地压。当时18152下巷掘进近100m，发生冲击地压造成整条巷道被煤充满，破坏巷道50m，损坏工字钢支架100棚，冲击出煤煤量500m3，两人死亡，一个受伤，停产60天。该段巷道埋深450m。

近两年来，有记录的冲击地压有21次，跃进煤矿16次，千秋煤矿4次，常村煤矿1次。最严重的是2007年跃进煤矿“6.19”冲击和最近千秋煤矿“6.5”冲击。从分类情况看，发生在回采期间的有12次、掘进期间6次、工作面安装、转移、修巷期间3次。发生在采深800m以下的15次，600-800m采深的6次。巷道表现情况基本上是以底鼓和上帮破坏为主，没有冲击地压造成的严重冒顶现象。另外还有很多以“煤炮”和轻微巷道支架变形为主要表现形式的弱冲击现象。

第三节冲击地压现象及特征

冲击地压是指井巷或工作面周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象。常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。同时造成煤岩体振动和煤岩体破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。冲击地压还会引发或可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统等。

对于冲击地压现象，世界各国，以及不同的行业，其称谓是不一样的，常见的有“岩爆”、“煤爆”、“冲击矿压”、“矿山冲击”、“冲击地压”等。本书采用“冲击地压”这个术语。

通常情况下．冲击地压将直接产生：

①将煤岩动力抛向巷道；

②引起岩体的强烈震动；

③产生强烈声响；

④造成岩体的破断和裂缝扩展。

因此，冲击地压具有如下明显的显现特征：

①突发性。冲击地压一般没有明显的宏观前兆而突然发生、难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。

②瞬时震动性。冲击地压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴有巨大的声响和强烈的震动，电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及围可达几公里甚至几十公里．地面有地震感觉，但一般震动持续时间不超过几十秒。

③巨大破坏性。冲击地压发生时，顶板可能有瞬间明显下沉，但一般并不冒落；有时底板突然开裂鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架，从后果来看冲击地压常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失。

第四节冲击地压的分类

根据冲击地压显现强度、发生的地点和位置的不同，冲击地压有如下几种分类方法。

一、根据冲击的显现强度，可分为四类：

(1)弹射。一些单个碎块从处于高压应力状态下的煤或者岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。

(2)矿震。它是煤、岩部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏。但煤、岩并不向已采空间抛山，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动．伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮”。

(3)弱冲击。煤或岩石向巳采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设备基本上没有损坏，围岩产生震动，一般震级在2．2级以下，伴有很大声响，

产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。

(4)强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动。震级在2．3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。

二、根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击地压分为三级：

(1)轻微冲击(I级)。抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击地压。

(2)市等冲击(II级)。抛出煤量在l0～50 t，震级在1～2级的冲击地压。

(3)强烈冲击(III级)。抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。

一般面波震级Ms＝1时，矿区附近居民可能有震感；Ms＝2时．对井上下有不同程度的破坏；Ms＝2.5时，地面建筑物将出现破坏现象。

三、根据发生的地点和位置冲击地压可分为两大类：

(1)煤体冲击。发生在煤体，根据冲击深度和强度又分为表而、浅部和深部冲击。

(2)围岩冲击。发生在顶底板岩层，根据位置有顶板冲击和底板冲击。

第二章冲击地压影响因素及机理分析

第一节冲击地压影响因素分析

冲击地压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即自然的、技术的和组织管理方面的。其关系如图2—1所示。

图2-1 据冲击地压发生的原因分类