义马煤田冲击地压现状及研究(2)

剧增长，当开采深度为800米时，冲击指数比在深度500米增加了14倍。

义马煤田首次发生冲击地压在千秋煤矿，采深480米，而采深在700～1000m的跃进煤矿和千秋煤矿冲击地压高频出现，和上述分析结果一致。 二、煤岩的力学性质

生产实践与试验研究均表明：

①在一定的围岩与压力条件下任何煤层中的巷道和工作面均有可能发生冲击地压。

②煤的强度越高，引发冲击地压所要求的应力越小，反过来说，若煤的强度越小，要引发冲击地压，就需要比硬煤高得多的应力。

③煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之—。

对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的冲击、弹性能量指数，即冲击能量指标KE≥5为强冲击倾向，5>K≥1.5为中等冲击倾向，KE＜1.5为无冲击倾向；弹性能量指标WET≥5为强冲击倾向，5>WET≥2为中等冲击倾向，WET≤2为无冲击倾向。表2-4为冲击煤层的煤样研究结果。

我矿也对煤的冲击倾向性进行了鉴定，结果为强冲击倾向。就是说冲击地压形成的条件很简单，发生冲击地压的可能性较大。 三、顶板岩层的结构特点

义马煤田现主采煤层2#煤的顶板为20-30厚的泥岩，再上为强度高的砂砾岩，厚度达30～40米。见义马煤田煤层综合柱状图2-7。

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粗砂岩14.0砂砾岩40.0岩性柱状厚度泥岩1-1煤泥岩1-2煤泥岩2.02.342.02.4415.025.02煤 研究表明，顶板岩层结构．特别是煤层上方坚硬、厚层砂岩顶板是影响冲击地压发生的主要因素之一．其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致冲击地压的发生。 四、断层影响

实践表明，冲击地压经常发生在向斜轴部，特别是构造变化区、断层附近、煤层倾角变化带、煤层褟曲、构造应力带。当巷道接近断层或向斜轴部时，冲击地压发生的次数明显上升，而且强度加大。

实践表明．相当一部分震动集中在断层附近。其中在断层的上盘开采时的震动能量大于断层下盘开采时的震动能量。在向斜部分开采时，震动也很强烈。

在断层和向斜附近震动集中的原因是地壳的运动形成的残余构造应力。该应力与开采引起的应力集中叠加的位置即为岩体震动的位置。

岩层在其受力足够大时．就产生破裂．当岩层破裂发生侧向位移时．这种破裂就称为断层。断层通常是锁住不动的，当其两侧的应力积累到足以引起沿断层的断裂时，则发生位移，形成粘滑，当断层处于粘滑状态，其周围岩石可因位移

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一段而积累弹性能，当断层上的应力达到某一临界值时，断层滑动(储存在附近岩石中的弹性能一部分以地震能辐射出去)形成强烈震动。

义马煤田进入深部开采后，受南部F16大断层的影响，冲击危险性会大幅度增加。部分矿井在开采过程中受局部小断层的影响，冲击也十分明显，如跃进煤矿23130下巷掘进工作面在距巷道开口100米左右有一落差为1米的小断层，“12.27”冲击发生在接近断层时，“1.30”冲击则发生在刚过断层时。 五、褟曲的影响

我们知道褶曲是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶曲大部分在沉积岩层中形成。

一般情况下，对于巷道及回采工作面来说，在褶曲的各个部位，出现的危险性是不一样的，如图2-l0所示，I区，裙曲向斜部分，这部分的应力，垂直为压力，水平为拉力，最容易出现冒顶和冲击地压，2区褶曲翼，这部分的应力，垂直和水平均为压力，最易出现冲击地压，3区褶曲背斜．其应力状态为垂直拉力，水平压力，这部分也是最大矿山压力区域。

图2-10 褟部分的受力状态及冲击危险性

义马煤田矿井多数采区（如千秋煤矿西部）基本上处于单斜构造区，垂直

应力和水平应力均为压应力，最易出现冲击地压。也有处于向斜构造区（如跃进

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煤矿25区）的，同样是冲击危险区。 六、煤层分叉的影响

煤层分叉和合并的出现，造成了煤层顶板条件的变化，从而引起的冲击地压危险状态的变化，在分叉和合并地段冲击地压危险性较大。

义马煤田2#煤在上部分2-1煤、2-2煤和2-3煤，下部合并（义马煤田现主采煤层均处于合并带），是冲击地压频发区域。 七、采空区的影响

一般来说，当工作面接近已有的采空区，其距离为20-30m时，冲击地压的危险性随之增加，如果工作面的旁边有上一区段的采空区，该采空区也使得冲击地压的危险性增加，危险发生的最大位置在距煤柱l0m左右。 八、开采区域的影响

在煤层开采面积增加的情况下，岩体的震动能量也随之增加。研究表明，当开采面积为10000m2时，释放的单位面积的震动能量为最大。这就出现了我们所说的一次见方、二次见方问题。 九、开采设计与开采顺序的影响

当在几个煤层中同时布置几个工作面时，工作面的布置方式和开采顺序将强烈影响煤岩体内的应力分布。 矿井中，冲击地压经常出现在： ①工作面向老塘推进时；

②在距采空区15-40m的应力集中区内掘进巷道； ③两个工作面相向推进时；

④两个近距离煤层中的两个工作面同时开采时。

例如，胜利矿相向掘进回风巷，当两巷相距10m时冲击地压，破坏巷道60m。义马煤田多数冲击是由于工作面相向推进形成。比如我矿13190工作面与13210上巷的关系。

第二节 冲击地压发生机理

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长期以来，冲击地压作为岩石力学的重大难题之一，一直是国内外学术界

和工程界关注的重要研究课题。冲击地压发生机理十分复杂，是一个正在深入研究的问题、更是关注的焦点。下面我简单介绍一下咱们义马矿区冲击地压发生原因。

结合义马煤田冲击地压发生的实际情况、煤层地质条件和开采状况，对中部矿井冲击地压发生机理初步归纳成以下几点意见：

1、煤层的冲击地压倾向性。义马煤田2-1煤合2-3煤自身具有冲击地压倾向性，600m采深以下有中等冲击危险程度，800m采深以下有严重冲击危险程度。采深愈大，地应力愈高因此冲击地压愈严重。

2、关键层断裂失稳。义马煤层老顶巨厚砾岩（厚400m以上，分层厚大于40m）在工作面开采过程中形成关键层结构，关键层断裂失稳来压直接诱发了严重冲击地压。因此，在工作面初次周期来压，末采形成正方体“三面”采空的孤岛区和相邻工作面对采易发生大的冲击地压。

3、煤（岩）层的能量释放。2-3煤多为软底结构，在深部高应力的作用下，形成“夹持”作用，高地应力能量突破底板围岩系统力学平衡，造成底鼓。因此，冲击地压一般都显现在底板上，在厚煤层沿顶送巷和2-1煤与2-3煤合并附近，更为形成以底鼓为主的严重冲击地压。

4、构造应力的作用。-400m以下开采范围紧邻F16大断层，次生断层多，构造应力明显，在断面构造带和向斜轴部是冲击地压的高发区。

义马煤田深部冲击地压类型应属冲击型（顶板或底板型），是冲击压力型中治理难度较大的类型。

第三节 冲击地压、矿震与岩爆的关系

一、冲击地压、岩爆和矿震描述 1、冲击地压

冲击地压是指在一定条件的高应力作用下，煤矿井巷或采煤工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的矿井动力现象，常伴随有巨大的声响、

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