煤礦沖擊地壓防治技術

煤礦沖擊地壓防治技術

當前1頁，總共88頁。一.煤礦沖擊地壓

煤礦開采過程中，在高應力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定條件下，能量突然釋放，發(fā)生破壞、冒落或拋出，呈現(xiàn)聲響、震動以及氣浪等動力效應，稱之為煤礦沖擊地壓。爆發(fā)的突然性，如同大量炸藥爆破，有的形成強烈暴風，導致工作面或巷道的煤巖層結構瞬時發(fā)生破壞，造成井巷的嚴重破壞和人員的重大傷亡。當前2頁，總共88頁。當前3頁，總共88頁。當前4頁，總共88頁。當前5頁，總共88頁。當前6頁，總共88頁。當前7頁，總共88頁。當前8頁，總共88頁。當前9頁，總共88頁。當前10頁，總共88頁。1.我國沖擊地壓概況

我國1933年撫順勝利礦最早發(fā)生沖擊地壓；1985年我國沖擊地壓煤礦為32個，主要分布在北京、棗莊、撫順、大同、阜新、天池等局礦，開采深度平均僅為600～750m。近年來，由于煤礦開采深度的不斷增加，沖擊地壓發(fā)生礦井數(shù)量及程度又呈明顯上升的趨勢。截至2006年底，僅新發(fā)生沖擊地壓的礦井就多達60余個，分布范圍擴大到開灤、新汶、義馬、鶴崗、淮南、大屯、平頂山、華亭、韓城、兗州、七臺河等局礦，開采深度也達到750～1150m。僅1997年2006年底，先后在大同、撫順、北京、徐州、新汶、開灤、華亭、義馬、阜新、平頂山等局因沖擊地壓的發(fā)生而導致的重大傷亡事故就多達10余起，死亡人數(shù)達百余人。當前11頁，總共88頁。2.我國沖擊地壓的主要特點

由于發(fā)生沖擊地壓的條件不同，造成我國沖擊地壓顯現(xiàn)的復雜多樣性。其主要特點：（1）具有突發(fā)性，過程短暫，伴隨有強烈的震動和聲響沖擊地壓發(fā)生前一般沒有明顯的宏觀前兆，相當多的沖擊地壓是由爆破、頂板來壓等引起的，但也有很多是在沒有人員活動的期間內(nèi)發(fā)生的，很難確定誘發(fā)因素。沖擊地壓一般伴隨有強烈的震動和聲響，最大震級可達M4.3級，地面幾千米范圍內(nèi)有震感。當前12頁，總共88頁。（2）類型多樣我國沖擊地壓一般表現(xiàn)為煤體的破壞與沖擊，但臺吉、大臺、八一、柴里、潘西及南桐一井等5個礦已發(fā)生多次巖爆。我國沖擊地壓以煤層沖擊最常見，也有頂板沖擊和底板沖擊。房山礦發(fā)生的一次沖擊地壓，底板突然鼓起并開裂成5cm寬的裂縫。在煤層沖擊中，絕大多數(shù)表現(xiàn)為破碎煤從煤壁拋出，也有極個別情況表現(xiàn)為數(shù)十平方米的煤體整體滑移。當前13頁，總共88頁。（3）造成的破壞和損失巨大①人員傷亡。沖擊地壓造成震動使人員碰傷，所造成的冒頂、片幫、支架折斷也傷及人員；由于巷道堵塞、人員被埋而窒息。②破壞生產(chǎn)。沖擊地壓造成片幫、底鼓、冒頂可造成幾十米巷道被堵塞，幾百米巷道支架被損壞，機械設備被移位，風門被暴風摧垮，有的被迫停采，損失煤炭可多達60萬t。③地面房屋被震壞開裂。當前14頁，總共88頁。（4）災害嚴重程度不同我國煤礦沖擊地壓的強度、頻度、災害程度、伴生災害情況等因開采地質(zhì)條件的不同而差別較大。根據(jù)微震檢測系統(tǒng)記錄，門頭溝煤礦（現(xiàn)已關閉）平均每月記錄到160次各類沖擊和震動；華豐煤礦每月可監(jiān)測到1000余次各類震動；老虎臺煤礦也是沖擊地壓嚴重的礦井，每月震動次數(shù)達300余次；臺吉礦存在巖爆、礦震、巖石突出、煤與瓦斯突出、地溫熱害等，是我國深井開采多種災害并存的典型。另外，在發(fā)生沖擊地壓的高瓦斯礦井中，大多同時存在沖擊地壓及煤與瓦斯突出等兩種以上災害。當前15頁，總共88頁。(5)發(fā)展趨勢是逐漸增多，日趨嚴重

1949年以前我國發(fā)生沖擊地壓的礦井只有2個，20世紀50年代增加到7個，60年代為12個，70年代為22個，80年代為32個，90年代為50余個，目前達100多個。隨著開采深度的增加、開采范圍的礦大和開采強度的加大，近年來雖然采取了不少措施，但全國沖擊地壓礦井和總的沖擊地壓次數(shù)并未減少。因此，我國煤礦的開采實踐看，沖擊地壓災害將更加嚴重。當前16頁，總共88頁。3.國外沖擊地壓歷史與現(xiàn)狀（1）蘇聯(lián)蘇聯(lián)的沖擊地壓最早于1947年發(fā)生在吉謝羅夫礦區(qū)，此后共有9個礦區(qū)出現(xiàn)了沖擊地壓問題。發(fā)生沖擊地壓的一般條件是：初始深度為400～1860m，煤厚為0.5～20m，在各種傾角、各種煤種（包括褐煤）中都記錄到?jīng)_擊地壓現(xiàn)象。多數(shù)情況下頂板為堅硬砂巖，也有一些煤田是破碎頂板。開采技術條件涉及到刀柱式或長壁式等開采方法，充填或垮落等頂板管理方法，整層或分層開采情況。從1951年開始，著手解決煤礦沖擊地壓問題，取得了良好效果，沖擊地壓次數(shù)大為減少。1955～1977年沖擊危險礦井數(shù)由8個增至36個，而沖擊次數(shù)由83次降至7次，1980后又降至5～6次。當前17頁，總共88頁。（2）波蘭沖擊地壓是波蘭煤礦重大災害之一，最早記載于1958年。目前開采的煤層中45%以上的煤層有沖擊地壓傾向。開始發(fā)生沖擊地壓的平均深度為400m，隨著采深的增加，沖擊地壓危險越來越嚴重。1949～1982年，共發(fā)生破壞性沖擊地壓3097次，造成死亡401人、破壞井巷31萬m。波蘭很重視沖擊地壓問題，從在20世紀60年代初期就著手大力科學研究和防治工作，在將巖體聲學以及地震法用于礦山?jīng)_擊危險探測和監(jiān)測方面，居世界領先地位。由于采取了綜合防治措施，保證了安全生產(chǎn)。當前18頁，總共88頁。（3）德國魯爾礦區(qū)是德國的主要產(chǎn)煤區(qū)，也是發(fā)生沖擊地壓的主要礦區(qū)。1910～1978年間共記載了危險性沖擊地壓283次，有沖擊傾向性或危險的煤層20余個。沖擊地壓發(fā)生深度590～1100m，其中850～1000m沖擊地壓數(shù)占75%左右，最大拋出量2000m3。發(fā)生沖擊地壓的煤層厚為1～6m，主要集中在1.5～2m厚的煤層中，傾角4～44°。德國是防治沖擊地壓較有成效的國家，其防治工作的出發(fā)點主要在于實用。由德國所發(fā)展的鉆孔卸壓法、鉆屑法等沖擊地壓預測與防治方法在國際上已被廣泛使用。當前19頁，總共88頁。二.沖擊地壓分類1.沖擊地壓的分類方法目前，國際上還沒有形成統(tǒng)一的沖擊地壓分類方法和方案。就我國而言，沖擊地壓的分類方法有以下幾種：①按參與沖擊地壓的巖體類別分類；②按應力來源和加載形式分類；③按顯現(xiàn)強度分類；④按震級及拋出煤量分類；⑤按沖擊地壓的破壞后果分類。應該指出，上述分類方法在具體礦井沖擊地壓分類中具有可操作性，能夠被技術和管理人員所接受。當前20頁，總共88頁。2、沖擊地壓的分類：

原煤炭部1983年9月頒布采用兩種分類指標：（1）根據(jù)破壞后果劃分①一般沖擊地壓：對生產(chǎn)的破壞后果輕微，不需要進行修復。②破壞性沖擊地壓：對生產(chǎn)造成一定的破壞，需要進行修復工作。③沖擊地壓事故：由于沖擊地壓及其伴隨現(xiàn)象（冒頂、瓦斯突出等）造成的人員傷亡事故，或由于井巷或采場被破壞造成工作中斷8h以上的沖擊地壓。（2）根據(jù)引起的地震震級劃分按里氏震級劃分為6個等級。等級123456里氏震級0.5~1.01.1~1.51.6~2.02.1~2.52.6~3.0≥3.0沖擊地壓按顯現(xiàn)強度分級

當前21頁，總共88頁。三.沖擊地壓的影響因素沖擊地壓的發(fā)生與采動影響密切相關，但并不是只有采動影響就會發(fā)生沖擊地壓。引起沖擊地壓發(fā)生的影響因素分為三類：煤礦地質(zhì)因素；開采技術條件因素；組織管理措施因素。當前22頁，總共88頁。1、煤礦地質(zhì)因素對沖擊地壓的影響（1）開采深度

開采深度越大，沖擊地壓發(fā)生的可能性也越大，見圖2-1，橫坐標為采深，縱坐標為沖擊指數(shù)Wt，即開采百萬噸煤炭的沖擊地壓次數(shù)）。從圖中可知，當采深H≤350m時，發(fā)生沖擊地壓的可能性較小；350m＜H≤500m時，在一定程度上危險逐步增加；采深從500m開始，隨著開采深度的增加，發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)急劇增加，沖擊危險性急劇加大。當采深為800m時，沖擊指數(shù)，Wt=0.57，比采深為500m時（Wt=0.04）增加了近14倍。我國四川天池煤礦的情況與此類似，如圖2-2所示，圖中縱坐標為沖擊地壓次數(shù)，橫坐標為開采深度。從圖中可以看出，采深700m時發(fā)生沖擊地壓的次數(shù)大大高于采深400m時的次數(shù)。當前23頁，總共88頁。當前24頁，總共88頁。我國煤礦開采實踐表明，礦井不是在開始投產(chǎn)時就發(fā)生沖擊地壓，而是在開采到一定深度后才發(fā)生沖擊地壓。通過綜合分析我國部分沖擊地壓礦井的開采技術條件，表2-1列出了我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界開采深度。由表2-1和圖2-2可知，在中國煤礦的條件下，發(fā)生沖擊地壓的最小采深為200~540m，平均為380m。表2-1我國部分煤礦發(fā)生沖擊地壓的臨界采深礦井門頭溝天池撫順城子大臺陶莊房山華豐房山煤峪口最小采深/m200240250370460480520380540280當前25頁，總共88頁。（2）煤層的物理力學性質(zhì)我國沖擊地層礦井煤層的單軸抗壓強度大于15MPa，堅硬、脆，自然含水率低，最大不超過4%（見表2-2）。當前26頁，總共88頁。（3）頂板巖層的物理力學性質(zhì)我國沖擊地壓礦井的煤層頂板一般都堅硬、難冒（見右表）。

當前27頁，總共88頁。（4）煤巖層的結構特點①“三硬”結構，即硬頂—硬煤—硬底結構。從沖擊地壓機理上分析，這是煤巖體內(nèi)存儲大量彈性變形能的前提條件。我國一部分沖擊地壓礦井的條件就是這種結構類型，如大同忻州窯礦、北京門頭溝礦、棗莊陶莊礦、開灤唐山礦、新汶華豐礦、徐州三河尖礦等。當前28頁，總共88頁。②硬頂—薄軟層—煤層結構，即在煤層與頂板巖層之間存在薄軟層結構，并且沖擊地壓多在煤層結構變化、煤巖層具有一定傾角的條件下發(fā)生。在這種條件下發(fā)生的沖擊地壓占有一定的比率，在我國主要沖擊地壓礦井都存在這種煤巖結構特征。軟煤硬煤當前29頁，總共88頁。（5）地質(zhì)構造因素

地層的多次運動形成了各種各樣的地質(zhì)構造，如斷層、褶曲、背向斜、煤層厚度變化帶及巖性變化帶等。在這些地質(zhì)構造區(qū)附近，由于存在著地質(zhì)構造應力場，通常使煤巖體的構造應力，尤其是水平構造應力增加，而直接導致沖擊地壓的發(fā)生。大量沖擊地壓實踐表明，沖擊地壓常常發(fā)生在這些地質(zhì)構造區(qū)域中，如向斜軸部、斷層附近、煤層傾角變化帶、煤層變薄帶和構造應力帶。當前30頁，總共88頁。向斜軸部斷層前方當前31頁，總共88頁。2、開采技術條件對沖擊地壓的影響

開采技術條件對沖擊地壓的影響表現(xiàn)在兩個方面：一方面是因為開采導致煤巖體的應力迅速增加，在一定區(qū)域、一定范圍內(nèi)形成高應力集中，滿足了沖擊地壓發(fā)生的應力條件；另一方面，原本具有高應力的煤巖體或接近極限狀態(tài)的煤巖體，在采動條件作用下，誘發(fā)沖擊地壓。當前32頁，總共88頁。1、采煤方法、巷道布置與頂板管理方法對沖擊地壓發(fā)生的影響采煤方法、巷道布置形式、頂板管理方法的不同，煤巖體在掘進和采煤過程中礦山壓力及其分布規(guī)律也顯著不同，發(fā)生沖擊地壓的危險性也各異。開采近距離煤層群時，不同煤巖層之間存在著相互影響的情況。這種相互影響在一定條件下就會導致煤巖體處于極限應力狀態(tài)或出現(xiàn)高度的應力集中，最終發(fā)生破壞性的沖擊地壓。為了實現(xiàn)對沖擊地壓煤巖層的合理開拓布置，在開采設計階段，就應該正確地、最大限度地選擇合理的開采布置和最大限度地限制在采場或巷道附近形成高度應力集中。當前33頁，總共88頁。（1）規(guī)則地進行采煤

不留或少留煤柱，盡可能保證工作面成直線，不使煤層有向采空區(qū)突出的地段，在煤層中掘巷量最少，限制采場和巷道附近的應力集中，等等。用房柱式開采法因頂板長時間不能冒落，礦山壓力隨工作面繼續(xù)推進而增加，頂板下沉和底板鼓起也隨之增大，這就可能造成潛在危險。煤層或礦柱上的不均勻載荷及其應力松馳可能使一些礦柱上應力水平提高很大，成為導致沖擊地壓的附加因素。這里必須考慮到自由面在應力波的多次反射中的影響，以及由此造成應力強度的放大作用。大量實踐表明，長壁工作面沖擊地壓煤層最有利的采煤方法。當前34頁，總共88頁。（2）頂板及時垮落

頂板管理方式對沖擊地壓的影響甚為顯著。這是因為，頂板巖層的懸、斷、垮、冒，直接關系到頂板巖層中彈性能的釋放形式和向煤體傳遞應力和彈性能的能力，甚至直接關系到煤體是否會受到動載的影響。因為，動載的作用將會加劇沖擊地壓的發(fā)生，破壞更加劇烈。采用垮落法或采用人工爆破方法處理頂板后，由于頂板中的彈性能能夠及時釋放，沖擊地壓發(fā)生次數(shù)和強度均顯著下降。當前35頁，總共88頁。2、采掘順序?qū)_擊地壓發(fā)生的影響

采掘順序直接影響煤巖層礦山壓力的分布與大小，也直接影響沖擊地壓的發(fā)生。

（1）多煤層開采順序多煤層即煤層群開采的條件下，通常采用下行開采。上層煤開采結束后，待煤巖體應力重新分布且穩(wěn)定后再開采下層煤，能夠保證下層煤應力的平穩(wěn)與降低，從而起到降低沖擊危險的目的；采用上行開采時，下層煤的開采將有利于對上層煤的解放，使之應力降低，從而降低沖擊危險性；相反，如果上、下煤層同時開采且相互影響，煤巖體的應力將發(fā)生疊加，應力集中強度增大，沖擊危險性增大。當前36頁，總共88頁。

（2）單一煤層開采

單一煤層開采時，巷道和采煤工作面的相向推進、在采煤工作面或煤柱中的支承壓力帶內(nèi)掘進巷道、在工作面向采空區(qū)或斷層帶推進等，都會使應力發(fā)生疊加，從而引起沖擊地壓的發(fā)生。如圖2-7所示，當兩個工作面相向推進時，前方煤體的應力會不斷因疊加而增大，此時，發(fā)生沖擊地壓的危險性也不斷增大；當掘進工作面在煤柱中掘進時，由于煤柱區(qū)附近為應力集中區(qū)，因此，在該區(qū)域內(nèi)進行掘進，必然會增大沖擊地壓發(fā)生的頻率和強度。當前37頁，總共88頁。3、煤柱對沖擊地壓發(fā)生的影響

煤柱是產(chǎn)生應力集中的地點。孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應力的疊加作用，如圖2-8所示。從圖2-8中可以清楚地看到，煤柱附近煤體應力集中程度大，因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。煤柱上的集中應力不僅對本煤層開采具有影響，還會向相鄰煤層傳遞，對相鄰煤層的應力條件構成影響，甚至導致沖擊地壓的發(fā)生。開采煤柱容易引起沖擊地壓，特別是回收煤柱的工作面接近采空區(qū)時。當前38頁，總共88頁。4、其他開采技術對沖擊地壓發(fā)生的影響影響沖擊地壓的開采技術條件還包括采煤工藝過程，如爆破、采煤機割煤等。

（1）殘采殘采區(qū)和停采線沖擊地壓發(fā)生影響較大。從統(tǒng)計結果看，89%的沖擊地壓發(fā)生在殘采區(qū)、停采線、斷層區(qū)域和煤層超采的地方。發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域如表2-4。當前39頁，總共88頁。（2）采空區(qū)和開采面積當工作面接近已有的采空區(qū)，其距離為20~30m時，沖擊地壓危險性隨之增加。如果工作面旁邊有上區(qū)段的采空區(qū)，該采空區(qū)也使沖擊地壓的危險性增加，危險的最大位置在距煤柱10m左右；當采面接近老巷約15m左右時，沖擊地壓的危險性最大。在煤層開采面積增加的情況下，巖體的震動能量也隨之增加，研究表明，當開采面積為3萬m2時，釋放的單位面積的震動能量最大。當前40頁，總共88頁。四、沖擊地壓發(fā)生機理

沖擊地壓發(fā)生機理，就是指沖擊地壓發(fā)生的原因、條件、機制和物理過程。就是在一定的地質(zhì)因素和開采條件下，煤（巖）受外力引起變形，發(fā)生突然破壞的力學過程，學者研究得出的沖擊地壓的理論：強度理論、度理論、沖擊傾向性理論、能量理論和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論。我國學者在總結了強度理論、能量理論和沖擊傾向性理論之后，提出了“三準則”理論。有的學者認為沖擊地壓發(fā)生的過程是煤巖層受力的瞬間粘滑過程，因此提出了“三因素”理論；有些學者從沖擊地壓的機理與防治角度，提出了強度弱化減沖機理。當前41頁，總共88頁。五、沖擊地壓、巖爆與礦震的關系沖擊地壓、巖爆及礦震盡管具有一定的相似性，或者在一定程度上可以相互替換使用，但是它們無論是在現(xiàn)象上，又或是在構成介質(zhì)的巖性上，又或是在發(fā)生機理與控制方法上，還是具有實質(zhì)性的差別的。過去，在煤炭行業(yè)中，將以上3種統(tǒng)一稱之為沖擊地壓，而如巖爆、煤爆、礦震等術語是禁止使用的；在水電及金屬礦山，將這類現(xiàn)象統(tǒng)一稱為巖爆。當前42頁，總共88頁。1、沖擊地壓指在一定條件的高地應力作用下，煤礦井巷或采煤工作面周圍的煤巖體由于彈性能的瞬時釋放而產(chǎn)生破壞的礦井動力現(xiàn)象，常伴隨有巨大的聲響、煤巖體被拋向采掘空間和氣浪等現(xiàn)象。它往往造成采掘空間中支護設備的破壞以及采掘空間的變形，嚴重時造成人員傷亡和井巷的毀壞，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。1974年10月25日北京城子礦在回收煤柱時發(fā)生沖擊地壓，造成29人死亡；1996年4月27日新汶華豐煤礦1407工作面在采煤過程中，因工作面爆破誘發(fā)沖擊地壓，使工作面煤壁50m、超前巷道100m范圍內(nèi)的煤壁發(fā)生破壞，巷道斷面減小50%以上，并造成10人重傷，等等。當前43頁，總共88頁。沖擊地壓典型特征：（1）沖擊地壓多發(fā)生在采煤期間的超前巷道內(nèi)，或超前工作面0~80m的范圍內(nèi)。沖擊地壓發(fā)生后，煤壁大范圍片幫，煤從煤體中拋出。（2）發(fā)生沖擊地壓的煤巖體，煤層頂、底板在沖擊地壓發(fā)生后，并不發(fā)生或明顯發(fā)生破壞和變形，而煤體卻發(fā)生破壞并整體移出，還在煤層與頂、底板之間產(chǎn)生明顯的滑動擦痕和離層（離層高度約0.1~0.15m，甚至更大），如圖2-12所示。當前44頁，總共88頁。（3）沖擊地壓往往發(fā)生在頂板來壓期間，支架移架或回柱放頂、爆破等工藝過程中。沖擊地壓多發(fā)生在煤層變薄帶、斷層、褶曲等地質(zhì)構造區(qū)附近。發(fā)生沖擊地壓的礦井構造應力相對較大。（4）發(fā)生沖擊地壓的煤巖層一般具有典型的“三硬”結構特征，即硬煤、硬頂和硬底。并且往往在頂板與煤層之間存在一層較薄的粉狀軟煤（厚約0.1~0.2m）。（5）沖擊地壓發(fā)生后，巷道斷面收縮明顯，通常可達50%~70%，甚至達到90%。當前45頁，總共88頁。2、巖爆高地應力條件下地下工程開挖過程中，硬脆性圍巖因開挖卸荷導致洞壁應力重新分布，儲存于巖體中的彈性應變能突然釋放，因而產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲現(xiàn)象的一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災害。在我國，很多巖石工程發(fā)生了巖爆現(xiàn)象并造成災害。巖爆現(xiàn)象典型特征：（1）巖爆發(fā)生時，通常伴有明顯的聲響特征，且由于巖爆的規(guī)模大小的不同，聲響不同。（2）巖爆引起的巖石以片狀彈射是巖爆的最顯著特征。通常情況下，巖爆引起的巖石彈射，其彈射距離通常多在5m以下，較大巖爆的彈射距離可達10m以上。當前46頁，總共88頁。當前47頁，總共88頁。當前48頁，總共88頁。3、礦震礦震是采礦活動引起的一種誘發(fā)地震。礦震是礦區(qū)內(nèi)在區(qū)域應力場和采礦活動作用影響下，使采區(qū)及周圍應力處于失調(diào)不穩(wěn)的異常狀態(tài)，在局部地區(qū)積累了一定能量后以沖擊或重力等作用方式釋放出來而產(chǎn)生的巖層震動。礦震主要發(fā)生在地質(zhì)構造比較復雜、地應力（構造應力）較大、斷裂活動比較顯著的礦區(qū)。在我國，發(fā)生礦震并構成災害的礦區(qū)有北京、新汶、撫順、北票、大同等礦區(qū)。礦震無論是成因上，還是波形特征上，都是比較復雜的，特別是在震相上，有的與天然地震相似，有的與之相差較大。當前49頁，總共88頁。礦震現(xiàn)象典型特征：（1）地面和井下的開采活動都可能引起礦震現(xiàn)象的發(fā)生，較小礦震地面無震感，而較大礦震地面震感明顯，在現(xiàn)象上與天然地震基本相同。（2）礦井頂板冒落、煤層片幫、地表塌陷、沖擊地壓、巖爆、煤與瓦斯突出等均可引起礦震的發(fā)生，礦區(qū)范圍內(nèi)的斷裂等構造活動也可能導致礦震的發(fā)生。礦震發(fā)生破壞位置與采礦位置不完全具有對應關系。（3）礦震震級的大小與井下煤巖破壞程度無對應關系。這主要是由于礦震的震中不一定就是破壞位置。比如發(fā)生在采空區(qū)的破震，工作面或巷道煤巖的破壞可能就較小。礦震的破壞情況與震級并不呈正比關系，在地面震感明顯的較大礦震并不一定造成礦井損壞，較小礦震有時也造成較大破壞甚至造成災害。當前50頁，總共88頁。六、沖擊危險性評價沖擊危險性是煤巖體可能發(fā)生沖擊地壓的危險程度。煤巖體具有沖擊傾向性，并不表明一定會發(fā)生沖擊地壓，即使發(fā)生沖擊地壓，每個礦井發(fā)生沖擊地壓的危險程度也不一樣。目前，我國還沒有一個比較科學的沖擊危險性評價方法。近年來，在借鑒《煤礦安全規(guī)程》等文件中，通過理論與實踐研究，總結出經(jīng)驗類比分析法、鉆屑法、計算機模擬法和含水率測定法。實踐證明，如采用上述單一的沖擊危險性指標會造成評價誤差，必須綜合考慮影響因素，并選擇合適的評價方法最終衡量沖擊危險性。當前51頁，總共88頁。1、沖擊地壓強度分級沖擊地壓強度分級表等級沖擊地壓性質(zhì)拋出煤量/t破壞半徑/m震級/M震動持續(xù)時間/s1、微弱或無重力型0~50~61.0~1.6≤2.52、弱重力型5~100~201.7~2.02.0~4.03、中等重力型10~1520~402.0~2.44.0~6.04、較強重力型頂板斷裂型地質(zhì)構造型15~2030~602.4~2.85.0~10.05、強烈頂板斷裂型地質(zhì)構造型20~2550~802.6~3.210.0~30.06、極強烈頂板斷裂型地質(zhì)構造型斷層位錯型≥25≥80≥3.0≥30.0當前52頁，總共88頁。2、對沖擊地壓的對策（1）微弱或無沖擊危險：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進行。（2）弱沖擊危險：所有的采礦工作可按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進行，但采礦作業(yè)中要加強沖擊地壓危險狀態(tài)的觀察。（3）中等沖擊危險：下一步的采礦工作應與該危險狀態(tài)下的沖擊地壓防治措施一起進行，而且至少通過預測預報以確定沖擊地壓危險程度不再上升。當前53頁，總共88頁。（4）較強烈沖擊危險：此時較強烈沖擊危險區(qū)域應停止作業(yè)，加以處理后沖擊危險得到緩解并保證不再上升方可允許下一步作業(yè)。（5）強沖擊危險：此時應當停止采礦作業(yè)，不必要的人員撤離危險地點；礦主管領導確定限制沖擊地壓危險的方法及措施，以及沖擊地壓防治措施的控制檢查方法，確定沖擊地壓防治措施的人員。（6）極強烈沖擊危險：此時沖擊地壓的防治措施應根據(jù)專家的意見進行，應采取特殊條件下的綜合措施及方法；采取措施后，通過專家鑒定，方可進行下一步的作業(yè)。如果沖擊地壓的危險的危險程度在沒有降低的情況下，停止進行進一步的采礦作業(yè)，該區(qū)域禁止人員通行。當前54頁，總共88頁。七.沖擊地壓防治技術沖擊地壓研究的最終目的就是有效地防止沖擊地壓的發(fā)生。從沖擊地壓的形成機理看，控制沖擊地壓災害的發(fā)生，就是改變煤巖體的應力狀態(tài)或控制高應力產(chǎn)生，以保證煤巖不足以產(chǎn)生失穩(wěn)破壞或非穩(wěn)定破壞。沖擊地壓防治包括兩個方面，即已具有沖擊危險煤巖層的沖擊地壓防治和目前尚未沖擊危險但開采過程中可能發(fā)生沖擊地壓的防治問題。當前55頁，總共88頁。1.防治沖擊地壓的原則（1）避免高應力的形成。調(diào)整開采順序、采區(qū)和工作面布置，實現(xiàn)無煤柱開采，避免形成應力高度集中。（2）保證與最大地應力方向平行采煤與掘進。當采掘工作面的方向與最大地應力方向垂直或較大傾角時，危險性則增大。（3）擴大應力釋放范圍，以降低應力集中程度與應力釋放速度。改進開采方法，使開采過程中的應力釋放區(qū)域增大，從而避免局部應力的高度集中與沖擊危險區(qū)域的形成。當前56頁，總共88頁。（4）控制煤層存貯能量的條件。對煤層實施卸壓鉆孔、切槽、卸載爆破，使煤體應力峰值向煤巖體深部轉(zhuǎn)移。（5）控制頂板能量的突然釋放與加載。如堅硬難冒頂板，實施爆破技術，可改變工作面周圍煤巖層的應力分布。（6）改善底板中的支承能力并加大煤層和頂板的變形。對底板切槽卸壓，使底板及時破壞，避免煤巖層中能量的高度積聚與突然釋放。（7）優(yōu)先開采無沖擊傾向性和無沖擊危險煤層。（8）最大限度地降低構造對沖擊地壓的影響。加固軟弱層使煤巖體形成穩(wěn)定結構。當前57頁，總共88頁。2.沖擊地壓解危技術（1）煤層卸載爆破技術

是在煤層中實施鉆孔爆破，以消除或減緩沖擊危險。煤層卸載爆破可分為煤層松動爆破，卸載爆破和誘發(fā)爆破三種形式。松動爆破是在煤層中尚未形成高應力集中或不具有沖擊危險但預測采煤過程中有危險區(qū)；卸載爆破是對已形成沖擊危險區(qū)，使煤體中應力下降，煤體中支承壓力峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移，從而降低沖擊危險；煤層誘發(fā)爆破是對具有較高沖擊危險的煤體實施爆破。當前58頁，總共88頁。①爆破的動力作用一是使爆破孔附近一定范圍的煤體產(chǎn)生裂隙，其結構發(fā)生改變；二是對遠離爆破孔的煤巖體產(chǎn)生擾動或者引起誘發(fā)沖擊。②爆破的靜態(tài)作用爆破的動態(tài)過程是極其短暫的，動態(tài)過程結束后，爆破孔周圍煤巖體將形成三個區(qū)域：破壞區(qū)、裂隙區(qū)、非破壞擾動區(qū)。它們依次遠離爆腔。煤層卸載爆破后，煤巖體的承載能力降低，應力重新分布，形成卸載區(qū)域，減弱或消除煤體的沖擊危險性。當前59頁，總共88頁。當前60頁，總共88頁。（1）開采前大直徑深孔鉆卸壓的鉆具（2）開采前群孔深孔卸壓的鉆具目標：開采前讓頂板和底板在深部預裂，同時為深部煤體的沖擊創(chuàng)造釋放空間當前61頁，總共88頁。當前62頁，總共88頁。當前63頁，總共88頁。當前64頁，總共88頁。遙控卸壓鉆車——改裝成遙控鉆車當前65頁，總共88頁。（2）煤層注水技術煤層注水包括頂板注水、壓注各種化學溶液。水能夠使煤巖體的性質(zhì)產(chǎn)生重大變化。實驗證明：注水后煤的結構發(fā)生變化，導致強度下降，沖擊傾向性減弱甚至完全失去沖擊能力。煤體積蓄彈性能的能力下降，而以塑性變形方式消耗彈性能的能力增強，因此，煤層中儲存的可恢復彈性能減少了。典型注水實驗室測定結果如表4-1。當前66頁，總共88頁。含水狀態(tài)特征參量非注水樣注水樣自然浸水時間（周）248彈性能量指數(shù)WET9．73．56．73．21．7全應力應變曲線二類曲線有——無無沖擊能量指數(shù)KE3．5——1．1—動態(tài)破壞時間DT/ms30—470——沖擊傾向性強弱弱弱無煤的沖擊傾向性測試結果

當前67頁，總共88頁。注水方法的使用條件①煤層具有一定的孔隙率和親水性；②煤層賦存較穩(wěn)定，能夠保證鉆孔施工和成孔后的孔壁穩(wěn)定；③煤層和頂?shù)装遢^完整，無斷層等較大的泄水通道；④頂?shù)装宀皇怯鏊蛎涇浕膸r石。另外，實行預注水需有鉆孔作業(yè)場地，而煤層卸載注水鉆孔和注水施工都有一定難度，不易成功，常以生產(chǎn)工序有矛盾。當前68頁，總共88頁。當前69頁，總共88頁。（3）深孔斷頂爆破技術頂板堅固難冒，煤層也很堅硬，形成頂板—煤體—底板三者組合的、剛度很高的承載體系，具有聚集大量彈性能的條件。當巖體載荷超過其強度就發(fā)生沖擊地壓。通過頂板巷道對頂板進行深孔爆破，人為地切斷頂板，進而促使采空區(qū)頂板冒落、消弱采空區(qū)與待采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，減小頂板來壓時的強度和沖擊性。當前70頁，總共88頁。3.沖擊地壓防范技術（1）合理布置與分區(qū)開采技術

①沖擊地層煤層開采的基本原則開采煤層群時，開拓布置應有利于保持層開采。首先開采無沖擊危險或沖擊危險小的煤層作為保護層，且優(yōu)先開采上保護層。如撫順、遼源等煤礦，厚煤層上行水砂充填法開采，作為保護層的第一分層開采都盡量布置在沖擊危險性小的煤層中進行。當前71頁，總共88頁。合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應力集中區(qū)煤柱承受的壓力很高，特別是島形或半島形煤柱，要承受幾個方面的疊加應力，最易產(chǎn)生沖擊地壓。上層遺留的煤柱還會向下傳遞集中應力，達到相當大的深度，導致下部煤層開采發(fā)生沖擊地壓。山東陶莊在回收煤柱時發(fā)生沖擊地壓占全礦的29.8%，唐山礦、城子礦約占一半。龍鳳礦兩側(cè)為采空區(qū)的工作面在采煤中，發(fā)生沖擊地壓次數(shù)多。當前72頁，總共88頁。采區(qū)的采面應朝一個方向推進，避免相向開采造成應力疊加相向采煤時上山煤柱逐漸減小，支承壓力逐漸增大，易發(fā)生沖擊地壓。陶莊礦在上山附近發(fā)生了17次沖擊地壓，而且相向采煤又要被迫在高應力沖擊掘進槍眼（水采），造成沖擊地壓頻繁發(fā)生（占總次數(shù)的60%）。采取了單翼采區(qū)跨上山采煤的方法，并把單區(qū)段開采程序該為多區(qū)段聯(lián)合開采程序，使采掘在不同區(qū)段中交替進行，實現(xiàn)了沿采空掘槍眼，避免了在高應力區(qū)掘進和維護槍眼。當前73頁，總共88頁。地質(zhì)構造特征部位的開采程序采取能避免或減緩應力集中和疊加的開采程序：在向斜和背斜構造區(qū)，應從軸部開始采煤；在構造盤地應力從盤底開始采煤；在有斷層和采空區(qū)的條件下采用從斷層或采空區(qū)開始采煤的開采程序。當前74頁，總共88頁。主要巷道布置在底板巖層在有沖擊危險的開拓巷道、準備巷道、永久硐室，主要上、下山、主要溜煤巷和回風巷應布置在底板巖層或無沖擊危險煤層中，以利于維護和減小沖擊危險。采煤巷道應盡可能避開支承壓力峰值范圍，采用寬巷掘進，少用或不用雙巷或多巷同時平行掘進。當前75頁，總共88頁。長壁、垮落法管理頂板開采沖擊危險煤層房柱式等柱式采煤法由于掘進的巷道多，在采空區(qū)遺留的煤柱多，頂板不能及時充分地垮落，造成支承壓力較高，增加了沖擊的危險性。采用長壁式開采方法，由于采空區(qū)中不留煤柱，則有利于減緩沖擊地壓的危害。工作面支架采用具有整體性和防護能力的可縮性支架。當前76頁，總共88頁。②沖擊地壓煤層開采的技術原則在沖擊地壓煤層開采過程中，除嚴格遵守基本原則外，還應遵守以下技術原則：在沖擊危險區(qū)的煤層中掘進和采煤時，必須始終在煤層的保護帶范圍內(nèi)進行，確保保護層的寬度不小于3.5倍采高。煤層應力過度集中時，必須進行解危處理，否則不得進行采煤和掘進工作。應避免在支承壓力峰值區(qū)掘進巷道。在煤層中雙巷掘進時，兩條平行巷道之間的煤柱不得小于10m，聯(lián)絡巷須與巷道成直角；兩條巷道掘進工作面的前后位置錯距不小于50m。當前77頁，總共88頁。相向掘進的巷道相距30m時，必須停止一個頭掘進。停掘的巷道要加固，繼續(xù)掘進的巷道除加強支護外，沖擊地壓危險嚴重時，還必須采取卸壓措施。煤層巷道應采用寬巷掘進。巷道支護應采用可縮性拱形或環(huán)形金屬支架，嚴禁采用混凝土支架和剛性金屬支架，在破碎頂板條件下，支架間頂幫必須插嚴背實。新采區(qū)投產(chǎn)要保持合理的開采順序，避免形成“孤島區(qū)”或“孤島工作面”。同一煤層相鄰階段的工作面向同一方向推進時，錯距不得小于150m。采煤時，在采空區(qū)中不得留有煤柱。必須留設煤柱時，煤柱的尺寸和位置以及影響范圍必須標明在采掘工程圖上。采煤工作面一般應保持直線式。臺階式工作面的臺階錯距不應大于3m。當前78頁，總共88頁。分層開采厚煤層時，分層平巷應內(nèi)錯布置，上、下分層平巷軸線距離至少不小于3倍巷道寬度。上、下分層切眼間距至少應內(nèi)錯5m。每個分層工作面應先于上分層工作面停采線至少5m停采。厚煤層采用一次采全厚大采高開采和綜放開采時，盡可能將巷道沿底布置。沖擊危險區(qū)域因支承壓力影響范圍的擴大而應擴大到采煤工作面前方80～120m。厚煤層采用分層綜放開采時，第一分層巷道應注意加強支護，尤其底板煤層較軟時，應對底板適當加固。采用垮落法管理頂板時，應選用強力液壓支架。采用單體支護時，必須加強切頂線支護強度，并回收采空區(qū)所有支柱。在一般情況下，掘進與采煤工作面的躲炮直線距離不小于150m，躲炮時間大于30min；在作業(yè)規(guī)程中應明確規(guī)定躲炮地點。當前79頁，總共88頁。掘進與采煤作業(yè)規(guī)程應包括工作地區(qū)的沖擊危險級別、地質(zhì)構造說明與簡明圖表、上層采動邊界位置圖、掘進與采煤方式、循環(huán)進度、支護形式、加強支護的措施、防治沖擊地壓的措施以及發(fā)生沖擊地壓時的應急措施，包括撤人路線。根據(jù)檢測結果，在沖擊地壓危險煤層內(nèi)劃定嚴重危險區(qū)，標在采掘平面圖上，并在嚴重危險區(qū)周圍建立警告牌，限制無關人員停留。如果采取的措施不能阻止沖擊地壓危險的發(fā)生，或出現(xiàn)中等以上的危險時，必須停止作業(yè)，直到采取有效措施使之卸壓為止。當前80頁，總共88頁。2.保護層開采技術在開采煤層群的條件下，首先開采沒有沖擊傾向性，或沖擊危險性小的煤層。采動后，使有沖擊危險的煤層在采掘過程中不再發(fā)生沖擊地壓，這樣先采的煤層稱為保護層。保護層位于危險層上方，稱為上保護層，位于下方稱為下保護層，而處于有效卸載范圍內(nèi)的后采煤層成為被保護層。煤層開采后，圍巖將產(chǎn)生變形、斷裂、離層，并向采空區(qū)移動。按對巖體影響程度和特征，可分為5個區(qū)帶：冒落帶、安全移動帶、解放帶、減壓帶、增壓帶。