1、专题部分26冲击矿压规律及预防预测孙广慧，中国矿业大学矿业工程学院，江苏，徐州，221116摘要：冲击矿压作为煤岩动力灾害之一，越来越受到煤矿行业的关注，尤其是随着各个矿井开采深度的增加，冲击矿压现象更是屡见不鲜。对于冲击矿压的监测我们有很多方法，如钻卸法、微震监测技术、声发射技术、电磁辐射技术等等。由于冲击矿压具有突然性、瞬时性、破坏性的特征，对于冲击矿压的发生机理仍没有一个统一的认识，本文从冲击矿压的特征，发生条件以及影响冲击矿压的因素出发，研究了冲击矿压发生机理以及各种监测技术，并提出了自己的理解。关键字：冲击矿压，动力灾害，深度，威震检测技术，特征，因素，机理1 问题的提出 冲击矿压作
2、为煤岩动力灾害，有记载的第一次发生于1738年英国南史塔福煤田。200多年来。其危害几乎追布世界各采矿国家。英国、德国、南非、波半、的苏联、捷克、加拿大、日本、法国以及中国等20多个国家和地区都记录有冲击矿压现象。我国煤矿冲击矿压灾害极为严重。我国最早自1933年抚顺胜利矿发生冲击矿压以来，先后在北京、辽源、通化、阜新、北票、枣庄、大同、开滦、天府、南桐、徐州、大屯、新狡等矿务局部相继发生过冲击矿压现象。目前，我国有近50对矿井累计发生过4000多次冲击矿压，造成数以百计的人负伤，巷道破坏达30多公里。由于冲击矿压有如此巨大的破坏力，造成这么大的经济损失，因此如何预测和防治冲击矿压以及认清冲击
3、矿压发生机理对减轻冲击矿压的破坏具有非常重要的作用。1.1 国内外冲击矿压现状1.1.1国外现状冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题。1738年英国在世界上首先报道了冲击矿压现象。之后，前苏联、南非、德国、波兰、美国、加拿大、日本、法国、印度、捷克、匈牙利、保加利亚、典地利、新西兰和安哥拉等都记录了冲击矿压。目前，有包括我国在内的20多个国家和地区都有冲击矿压这一事实表明，世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击矿压的威胁。 煤矿冲击矿压灾害最严重而且防治工作最有成效的国家是前苏联、波兰和德国。(1)前苏联 前苏联的冲击矿认最早于1947年发生在吉谢罗夫矿区。此后共有9个矿区出现了冲击矿压问题
4、： 发生冲击矿压的一般条件是：初始深度为4001860 m煤0.520m在各种倾角、各个煤种(包括褐煤)中都记录到冲击矿压现象、多数情况下顶板为坚硬砂岩，也有一些煤田是破碎顶板。开采技术条件涉及到刀柱式或长壁式等开采方法；充填或垮路等顶板管理方法；整层或分层开采情况。 自1951年起，全苏地质力学及矿山测量研究院以及其他研究单位和高等院校等几十个单位配合国家技术监察部门与生产单位一起着手解决煤矿的冲击矿压问题。经过25年的努力，基本上形成了一整套防治冲击矿压的组织管理系统，并制定了有关技术规程，发展并逐步完善了一整套行之有效的防治措施和预报方法，取得了良好效果，冲击次数大为减少。1955一l
5、977年冲击危险矿井数出8个增至36个、而年冲击次数则由83次降至7次。1980年以后又降至56次。在前苏联金属矿，冲击矿压的频度比煤矿要小得多，其主要形式为岩石弹射、震动和微冲击主要发生在北乌拉尔铝上办等20余个矿山。开始出现的深度为川300一700 m，主要岩石种类为辉绿岩、正长岩、花岗岩、凝灰岩以及铁矿石、铝土矿石、铜矿石、钾盐矿石等，平均单向抗压强度100“250MPa，最低2530 MPa。前苏联金属矿防治冲击矿压的基本措施原则上同煤矿的没有差别。(2)波兰 波兰有三个井工开采煤田：上西里西亚、下西里西亚和鲁布林。产量的98来自上西里西亚煤田。该煤田中煤的强度为1035MPa煤厚0.
6、520 m(一般1.5“35m)，倾角0一45(一般515)平均采深600 m顶板大都为坚硬砂岩。长壁工作面产量占99，其中70为垮落法开采。其余为水砂充填。工作面平均长150 m，日产1300一1400t商品煤。机械化程度962，其中综采站83.7。 冲击矿压是波兰煤矿重大灾害之一，最早记载于1958午。目前开采的400号、500号、600号、700号和800号煤层组中45以上的煤层有冲击矿压倾向，其中500号煤层组最为严重。开始发生冲击矿压灾害的平均采深约为400m，随着采深的增加，冲击矿压危险越来越严重。冲击矿压强度一般为105-109J，最大是1011J。1949-1982年，共发生破
7、坏性冲击矿压3097次，造成死亡401人，井巷破坏13万m。 波兰很重视冲击矿压问题早在20世纪60年代初期就着手大力开展科学研究和防治工作。煤层的冲击倾向实验室测定和井下测定是波兰学者首先倡导并大力发展的。此外，在将岩体声学以及地震法用于矿山冲击危险探测和监测方面，居世界领先地位。由于采取综合防治措施，保证了安全，促进了生产。(3)德国 鲁尔矿区是德国的主要产煤区，也是发生冲击矿压的主要矿区。1910-1978年间共记载了危害性冲击矿压283次，有冲击倾向或危险的煤层20余个，其中底克班克、阳光和依达煤层具有最强的冲击倾向，其抗压强度l0一20 MPa，煤种为长焰煤、气煤和肥煤等。冲击矿压发
8、生深度5901100 m，其中850一1000 m冲击矿压数占75%左右，最大抛出量2000m3。发生冲击矿压的煤厚为1-6m，其中主要为152m，倾角4-44。 在德国，产生冲击矿压的煤层顶板绝大部分是540 m较厚的砂岩或其他坚硬岩层，因而，认为砂岩顶板是冲击矿压危险煤层的主要标志。 德国是防治冲击矿压较有成效的国家，其主要的工作点在于实用。由德国所发展的钻孔卸载法、钻屑法以及其他方法在国际上享有较高声誉。1.1.2 国内现状 我国最早记录的冲击矿压现象于1933年发生在抚顺胜利煤矿，当时的开采深度为200 m左右。从1949牛以来已发生破坏性冲击矿压4000多次，震级Ml0.5-3.8级
9、，造成大量巷迫破坏和惨重的人员伤亡，近年来我国一些金属矿山、水电与铁路隧道工程也出现了岩爆现象。 我国煤矿发生冲击矿压有如下特征： (1)突然性。冲击矿压发生前没有明显的征兆突然、猛烈。 (2)多样性。煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等两三种冲击的组合。 (3)破坏性。片帮和煤炭抛出，顶板突然下沉、底鼓、破坏巷道支护，造成人员伤亡等。 (4)在各种采矿和地质条件下均发生过冲击矿压。 除了褐煤煤层外我国煤矿的其他各种煤层均发生过冲击矿压而且采深从2001000 m，煤层厚度从薄到厚。煤层倾角从缓到急，各种顶板条件如砂岩、页岩、石灰岩等均发生过冲击矿压。我国煤矿发生冲击矿压的典型条件为：初始深度200
10、一600 m，煤的单向抗乐强度10-30 MPa，顶板一般为厚10-40m的坚硬砂岩、强度100-600 MPa。 然而，具体分析起来，我国冲击矿压发生的条件极为复杂。从自然地质条件来看，除褐煤以外的各煤种都记录到了冲击现象，采深从200一800 m，地质构造从极简单至极复杂煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜，顶板包括砂岩、灰岩、油碌页岩等部发生过；从生产技术条件来看，水采、水砂充填、综采、炮采、机采、手采等各种工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶、房柱式等各种方法都出现了冲击现象。 1949年以前我国发生冲击矿压的矿井只有12个，50年代增加为7个，60年代为12个，70年代为
11、22个，目前达50个。而随着开采深度的增加、开采范围的扩大，近年来虽然采取了不少措施，但全国矿井数和总的冲击次数并未减少。可见，我国冲击矿压的防治工作任务其为艰巨，具有现实的迫切性和长远的重大意义。 综上所述，世界采矿业发少冲击矿压的历史已近250年之久*近30年来，冲击矿压所造成的破坏后果日益严重，引起了各国的注意。目前世界采矿大会国际岩石力学局成立了冲击矿压研究小组。冲击矿压的研究已成为矿山压力学科中与现代科学联系最密切的一个独立的学科分支。跃进煤矿25110工作面是冲击矿压很明显的一个工作面，现就其统计数据进行分析。1.1.3跃进煤矿25110工作面概况25110工作面地表为乔店村东部的
12、低山丘陵地带，煤系地层中下侏罗统义马组。该面为25区东翼第一个综放工作面，采高达到11m左右，开采2-1煤层。地面标高+551+596m，工作面煤层标高-390.0-451.6m，可采走向上巷856m，下巷870m，平均863m。倾斜长191m，面积164833m2。井下四邻关系：东为23采区下山保护煤柱，南为25区下部未采煤层，东南面积164833m2。井下四邻关系：东为23采区下山保护煤柱，南为25区下部未采煤层，东南部接近F16断层，西为25区下山煤柱，北为25090工作面（一分层已采），工作面平面图如图1-1所示。工作面煤层走向112127，倾向202217，倾角12.314.4；平均
13、13。煤层厚度7.413.8m，平均厚度11.6m，纯煤厚9.5m，属缓斜特厚煤层。煤层含夹矸25层（其中煤层中下部位的夹矸多呈煤矸互迭层），单层厚00.9m，夹矸岩性一般为炭质或砂质泥岩，结构复杂。可采指数为1，煤厚变异系数23%。煤层赋存稳定，整体上沿走向上巷变化不明显，下巷东部厚西部薄，沿倾向上往东发育有增厚现象。煤层层理呈缓斜层理斜层理，局部出现层间多变构造且层理紊乱。受构造影响，工作面中部200m范围内煤层沿走向有小起伏，产状变化较大。煤层整体呈从西向东缓上爬趋势。 伪顶为砂质泥岩，厚0.2m左右，局部夹石英砂岩，坚硬；直接顶为泥岩，厚18m左右，灰色块状易破碎，局部裂隙和节理发育；
14、老顶以砂、砾岩为主，块状、灰白色，具含水性；直接底为泥岩，深灰色，钻孔资料见图1-2。该面自西向东依次揭露有F2504、F2509、F2510等断层。F2504为正断层，走向3447，倾向304317，倾角5057，落差01.7m；F2509为正断层，走向83，倾向263，倾角62，落差0.6m。F2504、F2509两断层在25090工作面完全揭露，斜交贯穿工作面；在25110上巷沿底掘进中先后出现，断距和牵引现象明显；在25110下巷生产中未揭露，只是在预推测位置出现构造翼部牵拉破碎带。由此断定，两断层在25110工作面内逐渐尖灭，自揭露发育延展长度分别为900m和200m（F2509为派
15、生断层），对生产造成一定的影响。F2510为正断层，走向204，倾向294，倾角45，落差0.6m。该断层为F2504羽状派生断层，断距和牵引现象明显，对工作面回采稍有影响。工作面中部构造带150m范围内，受之影响，压力大，节理发育，顶板围岩易破碎，对生产造成影响。本面整体构造，两端简单，中间复杂，西部煤层顶板走势平缓，东部煤层有起伏并整体上爬。工作面南部接近F16逆断层，此区域可能存在较高构造应力，25110工作面开采可能受此断层影响较大。该面北侧25090、25070和25072工作面回采时曾出现顶板大量滴、淋水现象,三个工作面的最大涌水量分别为110m3/h、70m3/h和140m3/h，总涌水量分别为18.1、4.7和9.6万方。回采期间应布置了大量的防排水设备，使三个工作面能够顺利回采。该面地面瞬变电磁勘探时，圈定富水异常区A4、A5、A6、A7四处。25110工作面下巷在送巷中进行了物探，亦发现富水异常区多处，在下巷采用顶板水疏放钻孔，探到顶板有水，但由于顶板裂隙发育不均匀，疏放水效果欠佳，不能有效地疏放出顶板水。在工作面回采中，各富水异常区及其附近受采动影响，裂隙将贯穿导通，届时工作面顶板均可能出现涌水现象。由于该面为综放工作面，采后波及范围将更大。用类比法，预计最大涌水量将会超过300m3/h，甚至短期内达到
