义马煤田冲击地压现状及研究(3)

煤岩体被抛向采掘空间和气浪现象。它往往造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。综观发生在煤矿的冲击地压可以看出，冲击地压现象具有以下典型特征：

（1）冲击地压多发生在采煤期间的超前巷道内，通常在超前工作面0～80米的范围内，冲击地压发生后，煤壁大面积片帮，煤从煤体中抛出。

（2）煤矿冲击地压的发生，通常在工作面前方支撑压力范围内，在应力集中和采动影响下，导致冲击地压的发生。

（3）发生冲击地压的煤岩体，煤层顶、底板在冲击地压发生后，并不发生或明显发生破坏和变形，而煤体却在发生破坏并整体移出，还在煤层与顶、底板之间产生明显的滑动擦痕和离层（离层高度约0.1～0.15m，甚至更大），如图2-17所示。

顶板岩层 冲击发生前巷道位置煤层底板岩层 图2-17 巷道冲击地压现象描述

（4）冲击地压往往发生在顶板来压期间，支架移架或回柱放顶、爆破等工艺过程中。冲击地压多发生在煤层变薄带、断层、褶曲等地质构造区附近。发生冲击地压的矿井构造应力相对较大。

（5）发生冲击地压的煤层一般具有典型的“三硬”结构特征，即硬煤、硬顶、硬底。并且往往在煤层与顶板之间存在一层较薄的粉状软煤（厚度约0.1～0.2m）。

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（6）冲击地压发生后，巷道断面收缩明显，通常可达50％～70％，甚至达到90％。

2、岩爆

岩爆是高应力条件下，地下工程开挖中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力重新分布，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。岩爆现象具有以下典型的特征：

（1）岩爆发生时，通常伴有明显的声响特征，且由于岩爆的规模大小的不同，声响不同。

（2）岩爆引起的岩石以片状弹射是岩爆的最显著特征。通常情况下，岩爆引起的岩石弹射，其弹射距离通常距离通常多在5m以下，较大岩爆的弹射距离可达10m以下。

（3）岩爆的发生与地应力（构造应力）方向具有密切的关系，如图2-13所示。

3、矿震

矿震是采矿活动引起的一种诱发地震。矿震是矿区内在区域应力场和采矿活动作用影响下，使采区及周围应力处于失调不稳的异常状态，在局部地区积累了一定能量后冲击或重力等作用方式释放出来而产生的岩层震动。矿震主要发生在地质构造比较复杂、地应力（构造应力）较大、断裂活动比较显著的矿区。在我国，发生矿震并构成灾害的矿区有北京、新汶、抚顺、北票、大同等矿区。其典型特征为：

（1）地面和井下的开采活动都有可能引起矿震现象的发生，较小矿震地面无震感，而较大矿震地面震感明显，在现象上与天然地震基本相同。

（2）矿井顶板冒落、煤层片帮、地表塌陷、冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出等均可引起矿震的发生，矿区范围内的断裂等构造活动也可能导致矿震的发生。矿震发生破坏位置与采矿位置不完全具有针对关系。

（3）矿震震级的大小与井下煤岩破坏程度无对应关系。有的矿震震级很大，

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但井下煤岩破坏却较小；有的矿震震级很小，但井下煤岩破坏却比较严重。这主要是由于矿震的震中不一定就是破坏位置。比如发生在采区的矿震，工作面或巷道煤岩的破坏可能就较小。矿震的破坏情况与震级并不呈正比关系，在地面震感明显的较大矿震并不一定造成矿井损坏，较小矿震有时也造成较大破坏甚至造成灾害。 二、几点认识

1、冲击地压、岩爆与矿震是具有不同意义的矿山岩石力学现象，在实际工程或研究中，应结合具体情况分析确定是冲击地压、岩爆，还是矿震。特别是在煤炭行业中，建议这三个术语区别使用，切不可以一个“冲击地压”或“岩爆”代之。

2、冲击地压和岩爆，往往会导致矿震的发生，而矿震则不一定会导致冲击地压或岩爆的发生。即冲击地压和岩爆往往是矿震的诱发因素，反之则不成立。

3、冲击地压和岩爆，其最为显著的差异在于构成结构体的岩性具有明显的不同，从而导致在现象和破坏形式上明显不同。因此，在控制冲击地压和岩爆的实际工程中，应结合岩性特点采取适当的措施。

4、矿震的发生与采矿或地下开采活动密不可分。为了减少矿震灾害，应最大限度地控制采矿活动。

第三章 冲击地压危险性评价及预测预报技术

第一节 概述

冲击地压危险性评价及预测预报是冲击地压防治工作的重要组成部分，它对及时采取区域防范措施和局部性解危措施，避免冲击危害十分重要。

一、危险性评价

目前，我国还没有一个比较科学的冲击危险性评价方法。目前主要采用冲击倾向性评价方法、数值模拟分析方法和地质动力区划方法、数量化理论方法以及综合指数法等对冲击危险性进行评价。

冲击地压研究的最终目标是要防治冲击地压，针对不同冲击危险等级，现场

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应采取不同对策。

（1）微弱或无冲击危险：所有的采矿工作可按作业规程规定进行。 （2）弱冲击危险：所有的采矿工作可按作业规程规定进行，但采矿作业中要求加强冲击地压危险状态的观察。

（3）中等冲击危险：下一步的采矿工作应与该危险状态下的冲击地压防治措施一起进行，而且至少通过预测预报以确定冲击地压危险程度不再上升。

（4）较强烈冲击危险：此时较强烈冲击危险区域应停止作业，加以处理后冲击危险得以缓解并保证不再上升方可允许下一步作业。

（5）强冲击危险：此时应停止采矿作业，不必要的人员撤离危险地点；矿主管领导确定限制冲击地压危险的方法及措施，以及冲击地压防治措施的控制检查方法，确定冲击地压防治措施的人员，

（6）极强烈冲击危险：此时冲击地压的防治措施应根据专家的意见进行，应采取特处条件下的综合措施及方法；采取措施后，通过专家鉴定，方可进行下一步的作业。如果冲击危险程度在没有降低的情况下，停止进行进一步的采矿作业，该区域禁止人员通过。

二、现场预测预报

目前，冲击地压现场预测预报采用的主要方法有：煤岩体原岩应力与采动应力测定、地音与微震监测、电磁辐射法、钻屑法和煤层含水率测定法等。现场预测预报的核心在于通过各种参量的监测和测定，来综合预测发生冲击地压的危险性和危险等级，从而采取有针对性的解危方法。

第二节 冲击地压危险性评价方法

一、冲击倾向性评价方法

冲击倾向性是识别煤岩体发生冲击破坏的能力，鉴定其是否具有发生冲击地压危险性的固有力学性质。冲击倾向性研究在冲击地压机理研究中占有重要的位置，是冲击地压预测与防治研究的基础。

二、综合指数法

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综合指数法就是在分析各种采矿地质影响冲击地压发生因素的基础上，确定各种因素的影响权重．然后将其综合起来，就可以建立冲击地压危险性预测的综合指数法。主要就是通过采掘工作面周围地质因素和采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级进行评定，从而根据这两个指数来确定出采掘工作面周围冲击地压危险状态等级。等级主要有：

①Wt＜0.3，为无冲击危险。 ②Wt=0.3～0.5，为弱冲击危险。 ③Wt=0.5～0.75，为中等冲击危险。 ④Wt=0.75～0.95，为强冲击危险。 ⑤Wt＞0.95，为不安全。

第三节 现场预测预报技术

一、矿压监测

一是工作面超前巷道应力监测。每班对上、下平巷超前支柱进行阻力监测，找出工作面超前支承压力影响范围及应力集中系数，确定超前支护距离及方式。根据阻力大小预报工作面顶板来压及应力集中区域。

二是综采支架工作阻力监测。在工作面中部布置测区，对工作面支架阻力进行循环监测，然后画出监测曲线，预测工作面顶板来压情况，结合其他监测手段预报工作面冲击危险度。同时对每个支架都安设自动测压表，一方面可以对支架初撑力进行监控，另一方面可以对工作面顶板来压情况进行全面预报分析。

三是顶板离层监测。在掘进和回采巷道安设顶板离层监测系统，每50米一组传感器，和地面计算机结合，实现在线监测，对顶板活动动态实时观察分析，总结顶板活动规律。

四是巷道变形监测。在掘进和回采巷道安设巷道变形监测系统，定期采集巷道围岩变形信息，分析巷道围岩变形活动规律，为冲击地压巷道支护提供依据。 二、电磁辐射监测技术

电磁辐射监测法是一种测定煤岩体电磁辐射强度和脉冲数来预测冲击危险

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