冲击地压案例及发生机理
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（3）南屯煤矿“2007.3.13” 93上04工作面中间巷冲击地压
中间巷轨道立起
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2005年1月3日夜班，东滩煤矿在4305切眼施工导硐。 0:15 发生冲击地压事故，主要有以下特征：
① 事故发生时产生了强烈震动，强大的冲击波造成了大 量煤尘飞扬，并伴有巨大声响。
② 事故的发生造成了切眼导硐不同程度的断面收缩和煤 帮抛出。影响范围为切眼下出口以上92.6～193m，共 100.4m，其中严重影响范围为迎头外68.1m。严重影响范 围内切眼两帮移近0.9～3.8m，并有三处断面几乎全部堵塞， 累计堵塞长度18.1m。
山东省发生冲击地压矿井26个，如：兖州济二、济三、东 滩、南屯、鲍店；新汶华丰、孙村、良庄、协庄、潘西；临 沂古城；天安星村等。
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2 冲击地压发生机理
2.1 冲击倾向性理论 发生冲击地压的煤岩体一般都具有一定的物理力学特性，决
3 冲击地压发生条件的再认识
（2）薄煤层发生冲击地压； 七台河矿业公司桃山矿一采区42035工作面前后发生的
近10次冲击地压现象，工作面开采85层煤，煤层厚度平均 0.8 m；直接顶为灰白色粉砂岩，厚度0.7 m，普氏系数为4 ～6；老顶以中砂岩为主，平均厚度28 m，普氏系数为8～ l0。开采深度667—740 m，采用的都是走向长壁后退式开 采方式，高档普采，煤层倾角25，工作面长140～160 m。 发生冲击地点的上巷为沿空留巷。冲击主要显现形式为巷 道煤壁鼓出。上巷内的顶板有明显的下沉，下沉量达到 200—400mm ；有时有较明显的底鼓现象。
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2.3 能量理论 该理论认为发生冲击地压需要大量能量，不仅矿体释放能
量，围岩也释放能量。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，可释放的能量大于消耗的 能量时就产生冲击地压。
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3 冲击地压发生条件的再认识
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Slide 21
3 冲击地压发生条件的再认识
（1）浅埋深煤层发生冲击地压； 2011 年3 月24 日21 点20 分神华集团新疆能源公司铁厂
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（2）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故
电站平板车被推倒
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该理论有较大局限性。
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2.5 失稳理论 如果系统状态是非稳定的，在微小扰动下将发生失稳，它
构成冲击地压发生的必要条件。 当系统失稳释放的能量远大于消耗的能量时，才能有多余
Slide 15
说明： （1）坚硬的顶底板对煤体的夹持作用，会造成能量积聚。若 巷道系统某一部分出现明显的变形破坏，则积聚的能量可能会 缓慢释放，从而降低冲击危险。 （2）在特殊地质构造地点，会造成局部能量集中。 （3）外部的能量输入，会使局部区域煤岩系统能量突然增加 ，进而可能导致能量突然释放。 （4）高应力煤柱区，或不规则煤柱区上方具有坚硬顶板时， 整个系统会积聚较高能量，在应力达不到通常发生冲击的条件 时，可能因为高能量的突然释放而发生冲击。
2.2 强度理论 井下煤岩体除了承受深度压力和支承压力作用外，还存在
由于地质构造作用引起的构造应力和其它应力。“煤体－围岩 ”系统处于复杂的受力状态，内部存在弱面，所以煤岩体的承 载能力应是煤体－围岩系统的强度。只要外载大于承载能力， 就会发生破坏。导致岩体破坏的决定因素，不是应力本身，而 是它与岩体强度的比值。当煤岩应力等于或大于煤岩系统的强 度时发生破坏。
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说明： （1）坚硬的煤岩层具有较大的强度，尤其是具有较大的三向 强度，因此坚硬煤岩层更不容易达到发生冲击的应力条件；同 时也说明不太坚硬的岩层条件合适时易于发生冲击。 （2）开采深度与煤岩层所受应力大小正相关，因而开采深度 大时，煤岩体应力加大，从而冲击危险增大。 （3）坚硬顶板条件下，工作面前方支承压力应力集中程度较 高，更易于发生冲击。 （4）在煤柱中及多向采空的条件下，煤岩体中应力集中系数 大大增加，可以达到5～6，甚至更大。 （5）在特殊地质构造地点，会出现局部应力集中。 （6）矩形巷道拐角处有较大应力集中，易出现剪切破坏；当 最大构造应力方向与巷道走向夹角较大时，巷道顶底板应力集 中明显。
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高能量的震动诱发冲击地压
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3 冲击地压发生条件的再认识
（1）浅埋深煤层发生冲击地压； 2010年10月8日，神华新疆宽沟煤矿W1143工作面在下端
头发生强烈冲击，煤层和底板岩石突出247m3，造 成人员伤 亡和设备损坏。
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Slide 22来自百度文库
3 冲击地压发生条件的再认识
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定其积聚能量并产生冲击破坏的能力，这种能力可称之为冲击 倾向，是煤岩的固有属性。
煤样动态破坏时间 DT
弹性能指数WET
冲击能系数K
煤岩层冲击倾向表明了发生冲击的难易程度。
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兖矿集团有限公司 《冲击地压防治技术规范（试行）》
《冲击地压发生机理》
2012年 5月
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1 兖州矿区典型冲击地压发生情况
（1）东滩煤矿“2005.1.3” 43上05工作面切眼导硐冲击地压
工作面走向长壁布置，埋深317 m，走向长1 495 m，斜 长162m，倾角10 ～ 16°，煤厚平均3 m，采高3 m。W1143 面和W1141 面间的区段煤柱为28 m。煤层在回采时留有0. 5 ～ 1. 2 m 的底煤，造成巷道和工作面底鼓。
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2.4 组合理论（三条件理论） 组合理论是把强度理论、能量理论的判据以及把煤岩冲击
倾向指数是否达到极限值作为冲击倾向度判据，组成了新的冲 击地压判据：
一般来说，强度条件为充分条件，能量条件及冲击倾向为 必要条件。三个条件同时满足，才是产生冲击地压的充分必要 条件。
沟煤矿综采一区+ 642 m 水平43 号煤层综放工作面在放松动 夹矸炮时诱发工作面发生冲击地压事故。工作面所处位置距 地表155 m。+ 642 m 水平43 设计长27 m，走向长1 273 m，m ，工作面已经推进164 m，顶板没有初次来压，悬顶面积达 4428 m2，工作面的采高为25 m。采用水平分层综采放顶煤采 煤方法，采高3 m 放煤高度22 m，顶煤爆破采用超前预裂爆 破工艺，从地表陷落情况和矿压显现来看，采空区基本顶未 垮落。
煤层边缘部分围岩参与冲击地压显现的示意图
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煤柱参与冲击地压显现的示意图
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吊挂电缆及煤帮
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（3）南屯煤矿“2007.3.13” 93上04工作面中间巷冲击地压 2007年3月13日凌晨1点45分，南屯煤矿93上04综放工
作面中间巷发生一起冲击地压事故。中间巷自工作面煤壁向 外35m～85m巷道严重底鼓，变形量最大约1.5m，两帮移 近量最大约1.4m。中间巷内13辆电站车被推到煤帮，约 35m轨道被立起后推到电站车一侧。这次冲击同时波及93上 04工作面上顺槽，造成超前支护段12棵单体弯曲、3棵单体 折断，巷道内有1处发生冒顶，冒顶范围长4m、宽3m、高 2.3m。
③事故损坏切眼风筒193m，折断单体液压支柱55棵，倒 柱115棵，拉断锚杆366根、锚索39根。
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（1）东滩煤矿“2005.1.3” 43上05工作面切眼导硐冲击地压
铁板被击穿
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兖州矿区深部开采矿井冲击地压类型
第一类：煤柱应力（构造应力）集中型 包括高应力煤柱区内形成巷道，或工作面前方支承压力峰
值影响区。 第二类：顶板应力集中型
主要是厚且坚硬的顶底板的对巷帮煤体冲击的作用。 第三类：震动应力释放型
由于采掘地点附近发生震动，而造成巷道或采场周边的破 坏。
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Slide 9
我国冲击地压矿井分布情况
对中国期刊网中2000年至2010年1O年问公开发表的科技 论文进行检索，共检索到相关论文367篇，根据这些论文提 供的现场资料，归纳分析了我国近年来共计67个矿井发生冲 击地压或有冲击地压危险的相关指标。根据文献资料检索， 我国冲击地压发生最多的地区为山东省，在统计中发生冲击 地压矿井数占总数的39％；其次依次是黑龙江、江苏、河南 、河北、山西、辽宁、甘肃和北京等省市。
的能量转化为抛出煤块的动能和地震能，它构成冲击地压发生 的充分条件。
两者共同组成冲击地压发生的失稳理论判别准则。如果满 足了必要条件，而没有满足充分条件，则只发生轻微的震动现 象，即矿井下经常发生的微震现象。
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掘进迎头
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冒顶区
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（2）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故
济三煤矿6303综放工作面于2004年2月份开始回采，到 11月30日，工作面推进1310.7米（辅顺）。11月30日15： 40分左右，在工作面辅顺距煤壁前方66～96米范围内，实体 煤侧煤体瞬间突出，将工作面移动变电站的7个车盘子掀翻， 煤体突出1～2m，突出的煤体与顶板离层100～200mm，向 工作面内延深5米以上。煤体突出的瞬间声响非常大，扬起 大量煤尘，地面都有震感。
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（3）南屯煤矿“2007.3.13” 93上04工作面中间巷冲击地压
中间巷轨道立起
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2005年1月3日夜班，东滩煤矿在4305切眼施工导硐。 0:15 发生冲击地压事故，主要有以下特征：
① 事故发生时产生了强烈震动，强大的冲击波造成了大 量煤尘飞扬，并伴有巨大声响。
② 事故的发生造成了切眼导硐不同程度的断面收缩和煤 帮抛出。影响范围为切眼下出口以上92.6～193m，共 100.4m，其中严重影响范围为迎头外68.1m。严重影响范 围内切眼两帮移近0.9～3.8m，并有三处断面几乎全部堵塞， 累计堵塞长度18.1m。
山东省发生冲击地压矿井26个，如：兖州济二、济三、东 滩、南屯、鲍店；新汶华丰、孙村、良庄、协庄、潘西；临 沂古城；天安星村等。
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2 冲击地压发生机理
2.1 冲击倾向性理论 发生冲击地压的煤岩体一般都具有一定的物理力学特性，决
3 冲击地压发生条件的再认识
（2）薄煤层发生冲击地压； 七台河矿业公司桃山矿一采区42035工作面前后发生的
近10次冲击地压现象，工作面开采85层煤，煤层厚度平均 0.8 m；直接顶为灰白色粉砂岩，厚度0.7 m，普氏系数为4 ～6；老顶以中砂岩为主，平均厚度28 m，普氏系数为8～ l0。开采深度667—740 m，采用的都是走向长壁后退式开 采方式，高档普采，煤层倾角25，工作面长140～160 m。 发生冲击地点的上巷为沿空留巷。冲击主要显现形式为巷 道煤壁鼓出。上巷内的顶板有明显的下沉，下沉量达到 200—400mm ；有时有较明显的底鼓现象。
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2.3 能量理论 该理论认为发生冲击地压需要大量能量，不仅矿体释放能
量，围岩也释放能量。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，可释放的能量大于消耗的 能量时就产生冲击地压。
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3 冲击地压发生条件的再认识
（1）浅埋深煤层发生冲击地压； 2011 年3 月24 日21 点20 分神华集团新疆能源公司铁厂
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（2）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故
电站平板车被推倒
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该理论有较大局限性。
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2.5 失稳理论 如果系统状态是非稳定的，在微小扰动下将发生失稳，它
构成冲击地压发生的必要条件。 当系统失稳释放的能量远大于消耗的能量时，才能有多余
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说明： （1）坚硬的顶底板对煤体的夹持作用，会造成能量积聚。若 巷道系统某一部分出现明显的变形破坏，则积聚的能量可能会 缓慢释放，从而降低冲击危险。 （2）在特殊地质构造地点，会造成局部能量集中。 （3）外部的能量输入，会使局部区域煤岩系统能量突然增加 ，进而可能导致能量突然释放。 （4）高应力煤柱区，或不规则煤柱区上方具有坚硬顶板时， 整个系统会积聚较高能量，在应力达不到通常发生冲击的条件 时，可能因为高能量的突然释放而发生冲击。
2.2 强度理论 井下煤岩体除了承受深度压力和支承压力作用外，还存在
由于地质构造作用引起的构造应力和其它应力。“煤体－围岩 ”系统处于复杂的受力状态，内部存在弱面，所以煤岩体的承 载能力应是煤体－围岩系统的强度。只要外载大于承载能力， 就会发生破坏。导致岩体破坏的决定因素，不是应力本身，而 是它与岩体强度的比值。当煤岩应力等于或大于煤岩系统的强 度时发生破坏。
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说明： （1）坚硬的煤岩层具有较大的强度，尤其是具有较大的三向 强度，因此坚硬煤岩层更不容易达到发生冲击的应力条件；同 时也说明不太坚硬的岩层条件合适时易于发生冲击。 （2）开采深度与煤岩层所受应力大小正相关，因而开采深度 大时，煤岩体应力加大，从而冲击危险增大。 （3）坚硬顶板条件下，工作面前方支承压力应力集中程度较 高，更易于发生冲击。 （4）在煤柱中及多向采空的条件下，煤岩体中应力集中系数 大大增加，可以达到5～6，甚至更大。 （5）在特殊地质构造地点，会出现局部应力集中。 （6）矩形巷道拐角处有较大应力集中，易出现剪切破坏；当 最大构造应力方向与巷道走向夹角较大时，巷道顶底板应力集 中明显。
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高能量的震动诱发冲击地压
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3 冲击地压发生条件的再认识
（1）浅埋深煤层发生冲击地压； 2010年10月8日，神华新疆宽沟煤矿W1143工作面在下端
头发生强烈冲击，煤层和底板岩石突出247m3，造 成人员伤 亡和设备损坏。
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3 冲击地压发生条件的再认识
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定其积聚能量并产生冲击破坏的能力，这种能力可称之为冲击 倾向，是煤岩的固有属性。
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弹性能指数WET
冲击能系数K
煤岩层冲击倾向表明了发生冲击的难易程度。
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兖矿集团有限公司 《冲击地压防治技术规范（试行）》
《冲击地压发生机理》
2012年 5月
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1 兖州矿区典型冲击地压发生情况
（1）东滩煤矿“2005.1.3” 43上05工作面切眼导硐冲击地压
工作面走向长壁布置，埋深317 m，走向长1 495 m，斜 长162m，倾角10 ～ 16°，煤厚平均3 m，采高3 m。W1143 面和W1141 面间的区段煤柱为28 m。煤层在回采时留有0. 5 ～ 1. 2 m 的底煤，造成巷道和工作面底鼓。
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2.4 组合理论（三条件理论） 组合理论是把强度理论、能量理论的判据以及把煤岩冲击
倾向指数是否达到极限值作为冲击倾向度判据，组成了新的冲 击地压判据：
一般来说，强度条件为充分条件，能量条件及冲击倾向为 必要条件。三个条件同时满足，才是产生冲击地压的充分必要 条件。
沟煤矿综采一区+ 642 m 水平43 号煤层综放工作面在放松动 夹矸炮时诱发工作面发生冲击地压事故。工作面所处位置距 地表155 m。+ 642 m 水平43 设计长27 m，走向长1 273 m，m ，工作面已经推进164 m，顶板没有初次来压，悬顶面积达 4428 m2，工作面的采高为25 m。采用水平分层综采放顶煤采 煤方法，采高3 m 放煤高度22 m，顶煤爆破采用超前预裂爆 破工艺，从地表陷落情况和矿压显现来看，采空区基本顶未 垮落。
煤层边缘部分围岩参与冲击地压显现的示意图
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煤柱参与冲击地压显现的示意图
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吊挂电缆及煤帮
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（3）南屯煤矿“2007.3.13” 93上04工作面中间巷冲击地压 2007年3月13日凌晨1点45分，南屯煤矿93上04综放工
作面中间巷发生一起冲击地压事故。中间巷自工作面煤壁向 外35m～85m巷道严重底鼓，变形量最大约1.5m，两帮移 近量最大约1.4m。中间巷内13辆电站车被推到煤帮，约 35m轨道被立起后推到电站车一侧。这次冲击同时波及93上 04工作面上顺槽，造成超前支护段12棵单体弯曲、3棵单体 折断，巷道内有1处发生冒顶，冒顶范围长4m、宽3m、高 2.3m。
③事故损坏切眼风筒193m，折断单体液压支柱55棵，倒 柱115棵，拉断锚杆366根、锚索39根。
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（1）东滩煤矿“2005.1.3” 43上05工作面切眼导硐冲击地压
铁板被击穿
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兖州矿区深部开采矿井冲击地压类型
第一类：煤柱应力（构造应力）集中型 包括高应力煤柱区内形成巷道，或工作面前方支承压力峰
值影响区。 第二类：顶板应力集中型
主要是厚且坚硬的顶底板的对巷帮煤体冲击的作用。 第三类：震动应力释放型
由于采掘地点附近发生震动，而造成巷道或采场周边的破 坏。
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我国冲击地压矿井分布情况
对中国期刊网中2000年至2010年1O年问公开发表的科技 论文进行检索，共检索到相关论文367篇，根据这些论文提 供的现场资料，归纳分析了我国近年来共计67个矿井发生冲 击地压或有冲击地压危险的相关指标。根据文献资料检索， 我国冲击地压发生最多的地区为山东省，在统计中发生冲击 地压矿井数占总数的39％；其次依次是黑龙江、江苏、河南 、河北、山西、辽宁、甘肃和北京等省市。
的能量转化为抛出煤块的动能和地震能，它构成冲击地压发生 的充分条件。
两者共同组成冲击地压发生的失稳理论判别准则。如果满 足了必要条件，而没有满足充分条件，则只发生轻微的震动现 象，即矿井下经常发生的微震现象。
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掘进迎头
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冒顶区
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（2）济三煤矿“2004.11.30”6303工作面轨顺冲击地压事故
济三煤矿6303综放工作面于2004年2月份开始回采，到 11月30日，工作面推进1310.7米（辅顺）。11月30日15： 40分左右，在工作面辅顺距煤壁前方66～96米范围内，实体 煤侧煤体瞬间突出，将工作面移动变电站的7个车盘子掀翻， 煤体突出1～2m，突出的煤体与顶板离层100～200mm，向 工作面内延深5米以上。煤体突出的瞬间声响非常大，扬起 大量煤尘，地面都有震感。