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什么是冲击地压

中科院地质地球所
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什么是冲击地压

“10月20日23时左右，位于山东郓城的龙郓煤业有限公司发生冲击地压事故，造成22人被困。10月29日下午3点30分，龙郓煤业冲击地压最后1名被困遇难矿工升井。至此，被困22名矿工全部升井，其中1人获救，21人遇难。冲击地压是煤矿开采过程中的主要灾害，常造成井巷的破坏及人身伤亡事故，对安全生产威胁巨大。”

图1：龙郓煤业冲击地压事件

接下来小编带领大家了解一下什么是冲击地压。

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1、冲击地压的定义
冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。

图2：冲击地压

大家看完定义或许对冲击地压的感受不够直观，请看下图，当强烈的冲击地压发生瞬间效果大致如图所示，破坏性很强，这是血肉之躯难以承受的。

图3：岩石爆炸效果图

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2 、我国冲击地压矿井分布
在我国冲击地压发生地理范围很广，总体分布于华北、华东以及中部地区，冲击地压发生最多的地区为山东省，约有33 个煤矿，其次依次为黑龙江、江苏、河南、河北、山西、辽宁、甘肃和北京等省市。

图4：冲击地压矿井分布图

表1：冲击地压发生的地域分布统计（截止2012年）

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3 、我国冲击地压的主要特点
由于发生冲击地压的条件不同，造成我国冲击地压显现的复杂多样性。其主要特点：
（1）具有突发性，过程短暂，伴随有强烈的震动和声响。冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆，相当多的冲击地压是由爆破、顶板来压等引起的，但也有很多是在没有人员活动的期间内发生的，很难确定诱发因素。冲击地压一般伴随有强烈的震动和声响，有时地面几千米范围仍有震感。
（2）类型多样。我国冲击地压以煤层冲击最常见，也有顶板冲击和底板冲击。在煤层冲击中，绝大多数表现为破碎煤从煤壁抛出，也有极个别情况表现为数十平方米的煤体整体滑移。
（3）造成的破坏和损失巨大。冲击地压造成震动使人员碰伤，所造成的冒顶、片帮、支架折断等事故伤及人员。此外冲击地压造成片帮、底鼓、冒顶可造成几十米巷道被堵塞，几百米巷道支架被损坏，机械设备被移位，风门被暴风摧垮，被迫停采。地面房屋也会被震坏开裂。

图5：冲击地压巨大的破坏性

（4）灾害严重程度不同。我国煤矿冲击地压的强度、频度、灾害程度、伴生灾害情况等因开采地质条件的不同而差别较大。根据微震检测系统记录，门头沟煤矿（现已关闭）平均每月记录到160次各类冲击和震动，老虎台煤矿每月震动次数达300余次，华丰煤矿每月可监测到1000余次各类震动。
（5）发展趋势是逐渐增多，日趋严重。1949年以前我国发生冲击地压的矿井只有2个，20世纪50年代增加到7个，60年代为12个，70年代为22个，80年代为32个，90年代为50余个，目前达100多个。随着开采深度的增加、开采范围的扩大和开采强度的加大，近年来虽然采取了不少措施，但全国冲击地压矿井和总的冲击地压次数并未减少。

表2：近年我国出现冲击地压的地区及其出现次数（2012-2017）

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4 、冲击地压的分类
目前，国际上还没有形成统一的冲击地压分类方法和方案。就我国而言，冲击地压的分类方法大体有以下几种：①按参与冲击地压的岩体类别分类；②按应力来源和加载形式分类；③按显现强度分类；④按震级及抛出煤量分类；⑤按冲击地压的破坏后果分类等等。
原煤炭部1983年9月颁布采用两种分类指标：
（1）根据破坏后果划分
①一般冲击地压：对生产的破坏后果轻微，不需要进行修复。
②破坏性冲击地压：对生产造成一定的破坏，需要进行修复工作。
③冲击地压事故：由于冲击地压及其伴随现象（冒顶、瓦斯冲击等）造成的人员伤亡事故，或由于井巷或采场被破坏造成工作中断8h以上的冲击地压
（2）根据引起的地震震级划分
按里氏震级划分为6个等级。

表3冲击地压按显现强度分级

另外潘一山等对我国冲击地压现状研究后，将之分为煤体压缩型冲击地压、顶板断裂型冲击地压和断层错动型冲击地压3 种基本类型。

图6：冲击地压的三种类型示意图

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5 、冲击地压发生的因素
冲击地压的发生与采动影响密切相关，但并不是只有采动影响就会发生冲击地压。引起冲击地压发生的影响因素分为三类：

（1） 开采深度对冲击地压的影响。开采深度越大，冲击地压发生的可能性也越大，当采深H≤350m时，发生冲击地压的可能性较小；350m＜H≤500m时，在一定程度上危险逐步增加；采深从500m开始，随着开采深度的增加，发生冲击地压的次数急剧增加，冲击危险性急剧加大。

图7：开采深度与冲击地压的关系（波兰）

（2）煤层的物理力学性质。我国冲击地层矿井煤层的单轴抗压强度高，坚硬、脆，自然含水率低，最大不超过4%。
（3）顶板岩层的物理力学性质。我国冲击地压矿井的煤层顶板一般都坚硬、难冒。
（4）煤岩层的结构特点：
“三硬”结构，即硬顶—硬煤—硬底结构。从冲击地压机理上分析，这是煤岩体内存储大量弹性变形能的前提条件。我国一部分冲击地压矿井的条件就是这种结构类型，如大同忻州窑矿、北京门头沟矿、枣庄陶庄矿、开滦唐山矿、新汶华丰矿、徐州三河尖矿等。

图8 煤层结构特点示意图
硬顶—薄软层—煤层结构，即在煤层与顶板岩层之间存在薄软层结构，并且冲击地压多在煤层结构变化、煤岩层具有一定倾角的条件下发生。在这种条件下发生的冲击地压占有一定的比率，在我国主要冲击地压矿井都存在这种煤岩结构特征。
（5）地质构造因素。地层的多次运动形成了各种各样的地质构造，如断层、褶曲、背向斜、煤层厚度变化带及岩性变化带等。在这些地质构造区附近，由于存在着地质构造应力场，通常使煤岩体的构造应力，尤其是水平构造应力增加，而直接导致冲击地压的发生。大量冲击地压实践表明，冲击地压常常发生在这些地质构造区域中，如向斜轴部、断层附近、煤层倾角变化带、煤层变薄带和构造应力带。

图9：向斜和断层构造示意图

（6）开采技术条件。一方面是因为开采导致煤岩体的应力迅速增加，在一定区域、一定范围内形成高应力集中，满足了冲击地压发生的应力条件；另一方面，原本具有高应力的煤岩体或接近极限状态的煤岩体，在采动条件作用下极易诱发冲击地压。

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6 、冲击地压的防治技术
冲击地压的防治技术可概括地分为3种:
一是采用采矿优化设计方法以避免冲击地压的发生，包括优化开拓布置、解放层开采、无煤柱开采、预掘卸压巷、宽巷掘进、宽巷留柱法等；

二是对已具有冲击危险的区域进行解危，避免高应力集中和改善煤岩体介质性质以减弱积聚弹性能的能力，包括顶板深孔爆破、煤层卸载爆破、煤层高压注水、大孔卸压法、定向水力压裂法、高压水射流切槽、断底爆破法、预掘卸压硐室、煤层高压水力压裂、底板切槽法等；

三是采用更有效的支护方法，通过增大支护强度或改善支护方式以提高支护体抵抗冲击的能力，这是一种被动防护方法，如冲击震动巷道围岩刚柔蓄能支护法、高预应力、强力锚杆U 型钢支护法、门式液压支架( 或垛式液压支架) 法、恒阻大变形锚杆( 索) 支护法等。

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参考文献：
[1]何满潮,谢和平,彭苏萍,姜耀东. 深部开采岩体力学研究. 岩石力学与工程学报,2005(16):2803-2813.
[2]潘一山,李忠华,章梦涛. 我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究. 岩石力学与工程学报,2003(11):1844-1851.
[3]姜耀东,潘一山,姜福兴,窦林名,鞠杨. 我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治. 煤炭学报,2014,39(02):205-213.
[4]潘俊锋,毛德兵,蓝航,王书文,齐庆新. 我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望. 煤炭科学技术,2013,41(06):21-25.
[5]蓝航,齐庆新,潘俊锋,彭永伟. 我国煤矿冲击地压特点及防治技术分析. 煤炭科学技术,2011,39(01):11-15.

美编：徐海潮
校对：薛志毅

发布于 2019-01-02 01:33
自然科学
文化冲击
技术与应用科学

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