1、沖擊地壓災害 又稱巖爆災害,在煤礦稱煤爆。礦體或巖體在內部高應力作用下,平衡狀態遭到破壞,突然釋放大量能量,發生爆炸振動,以及井巷周壁的礦體、巖石突然噴出造成的災害。它的形成機制是：井巷開挖前,巖體處于三維應力狀態,在高應力區中積聚有大量的彈性應變能。井巷開挖過程中,當采掘工作面接近這些地帶,由于施工擾動或放炮振動等原因使其平衡狀態發生變化,在薄弱點發生巖體彈性應變能突然急劇釋放,導致巖石、礦體突然噴出。沖擊地壓可分為一般沖擊地壓和嚴重沖擊地壓：一般沖擊地壓規模較小,表現為礦體、巖體振動并產生粉塵和裂隙；嚴重沖擊地壓規模較大,表現為礦體、巖體嚴重破碎,發生強烈爆炸振動。沖擊地壓主要受地質構造、

2、礦體和圍巖結構性質、開采深度、水文地質條件等多種因素影響。在褶皺和斷裂構造帶,礦體彈性高、強度(硬度)大,頂底板巖石致密、堅硬、裂隙少、厚度大,圍巖含水量高,開采深度大的礦井容易發生沖擊地壓。沖擊地壓常導致頂板事故,破壞井巷,并造成人員傷亡,毀壞設備,污染作業環境,影響生產。沖擊地壓有時導致強烈瓦斯涌出,有時還因大量粉塵引起爆炸,造成更大的破壞。沖擊地壓以煤礦最嚴重,其他金屬、非金屬礦也時有發生。此外,在隧道和坑道施工中有時也發生沖擊地壓災害。沖擊地壓發生的原因沖擊地壓發生原因有內因、外因2種因素:內因包括煤層本身的物理屬性、原巖應力狀態;外因包括采深、采動集中應力(主要為超前支承壓力等)、放

3、炮誘發等。1.1沖擊地壓發生的內因 (1)巖層具有沖擊傾向性沖擊地壓的發生與巖體物理力學性質有直接關系。(2)礫巖活動是發生沖擊地壓的主要力源隨著工作面的推進周期性跨落;其上為40余米厚的紅土層,隨基本頂的跨落而彎曲下沉;再上部為500800 m的巨厚礫巖層,礫巖層完整性較強,抗壓及抗拉強度均較大,采后不易冒落下沉,導致礫巖層與紅土層之間產生離層空間。隨著采空面積的加大,巨厚礫巖層形成板狀懸空巖梁,礫巖層原來的應力狀態發生改變,從而增加了未采4層煤的應力水平。當板狀礫巖層懸露面積達到一定程度后,開始緩慢下沉并周期性斷裂跨落,礫巖層的斷裂跨落對下部的巖體產生沖擊載荷,從而加劇了工作面巖體的應力集

4、中程度,導致工作面沖擊危險增強,因此,巨厚礫巖層是發生沖擊地壓的主要力源。1.2沖擊地壓發生外因(1)采深大應力高即沖擊地壓發生臨界深度為668m,開采大于該深度就有可能發生沖擊地壓。目前礦井最大開采深度為1 230m,工作面開采深度已達970m,已遠遠超過該深度。隨著工作面采深的加大,自重應力已超過抗壓強度,較高的原巖應力易使巖體產生應力集中而破壞。(2)工作面采動集中應力和周期來壓的影響觀測結果表明,工作面超前支承壓力集中范圍為535m,應力集中系數為2. 5,但上方礫巖層的超前壓力影響范圍達120m。因此,工作面采動集中應力對工作面影響較為明顯。分層開采時上分層工作面周期來壓強度最大達5

5、10 kn/m2,來壓較為強烈。據不完全統計,沖擊地壓83%發生在頂板來壓期間,且對工作面超前壓力影響范圍破壞最為嚴重。(3)工作面推采速度的影響回采工作面推采過大后,工作面集中應力得不到及時釋放,容易造成應力集中,因此工作面推采速度也是影響沖擊地壓發生的因素之一。(4)放炮誘發回采工作面放炮容易造成巖體能量釋放,因此工作面放炮是誘發沖擊地壓的主要工序,據統計,華豐煤礦放炮誘發沖擊地壓占75%以上。2沖擊地壓災害預測預報及治理2.1沖擊地壓災害預測方法(1)經驗類比法經驗類比法是預測采區或工作面沖擊危險程度和區域的常用方法。工作面開采或巷道掘進前,利用經驗類比法對工作面進行沖擊危險程度劃分,采

6、空區邊緣、斷層附近、等均為沖擊危險程度相對較高的部位,應優先進行防沖治理。(2)電磁輻射監測法電磁輻射監測是近幾年由中國礦業大學發展研究的一種新型沖擊危險監測方法,利用KBD 5型流動電磁輻射儀和KBD 7電磁輻射監測系統對工作面進行電磁輻射監測。操作簡便,實用性較強。(3)工作面礦壓監測法每班對上、下平巷超前支柱進行阻力監測,找出工作面超前支承壓力影響范圍及應力集中系數,確定超前支護距離及方式。根據阻力大小預報工作面頂板來壓及應力集中區域。在工作面中部布置2個測區,測區間距20m,每個測區包括2個支架,重點對工作面支架阻力進行循環監測,然后畫出監測曲線,預測工作面頂板來壓情況,結合其他監測手

7、段預報工作面沖擊危險度。同時對每個支架都安設自動測壓表,一方面可以對支架初撐力進行監控,另一方面可以對工作面頂板來壓情況進行全面預報分析。(4)微震監測法利用短周期地震儀監測記錄0. 5級以上沖擊發生的次數及沖擊地壓釋放的能量。利用此趨勢預測預報近期沖擊地壓發生的趨勢及應力釋放情況。在定位系統建成之前,采用現在的地震儀現行監測。(5)鉆孔應力計監測法在工作面上、下平巷超前100 m均勻埋設鉆孔應力計,對巷道煤體應力變化情況進行監測。鉆孔應力計設在上平巷下幫、下平巷上幫,孔口距底板0. 5m,沿煤層傾角布置,孔距20 m,孔深10 m。每小班監測2次,畫出每臺應力計的監測結果,找出應力集中地點及

8、集中范圍,配合其他手段實現工作面沖擊危險的準確預報。2.2沖擊地壓災害治理(1)開采解放層為從根本上治理沖擊地壓,首先開采弱沖擊傾向且沒有出現沖擊地壓現象,然后在解放范圍內開采。研究結果表明,在保護角內頂底板圍巖應力得到較大范圍和幅度的降低,直接底、直接頂、基本頂應力降低幅度約35%。實施解放層開采后,沖擊現象明顯降低。(2)合理開采各巖層、水平、階段、采區應按合理順序開采,避免相向回采和形成孤島巖柱。采用長壁開采方法,冒落法管理頂板。厚層堅硬砂巖頂板大面積懸頂時,應進行強行放頂。采用無巖柱護巷,盡量不留巖柱,少掘巷道。開拓巷道及永久峒室,應布置在巖層或無沖擊地壓危險的煤層中。(3)巖層注水有沖擊傾向的工作面開采前進行超前注水可以提前改善巖層結構,降低巖體的沖擊傾向性,是一種主動治理措施2。(4)爆破卸壓工作面開采期間,可對工作面巖體進行超前松動爆破和卸壓爆破。松動爆