山东能源临矿集团古城煤矿 山东济宁 272100
摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿开采越来越多。通过文献统计分析了我国煤矿冲击地压目前的发生现状、总体特点以及发生机理、监测手段、防治方法等。结果表明:我国煤矿冲击地压发生频度强度激增，并且浅部开采激增明显;关于冲击地压的研究由对冲击地压发生机理研究逐步转向冲击地压防治技术研究;冲击地压监测采用多参量综合监测模式较科学，但该模式需与冲击地压发生机理相结合;冲击地压防治方法采用综合防治方法较为合理，但需对该方法进行精细化研究。最后笔者归纳总结了防治冲击地压的“三个理念”。
关键词：冲击启动理论;分源监测;分源防治;“卸、支”耦合;技术体系
引言
冲击地压评价、监测与防治是基于理论认识的工程活动。目前矿井出现冲击地压多参照法规要求，结合灾害程度开展监测与防治技术应用，由于缺乏针对矿井不同时期的、科学的技术体系指导，冲击地压防治效果甚微，尤其是对于建设矿井或新出现冲击地压的矿井，面对层出不穷的监测与防治方法望而却步，难以决策，一些技术成熟的矿井也是经历了漫长的教训与经验积累过程。为此，贯穿于冲击地压机理、监测与防治全过程的理论，并基于此理论适用于矿井全周期的全链条式防冲技术体系急需建立。
1煤矿工程特点与冲击地压分类
冲击地压、岩爆与矿震是地下工程和采矿工程领域常见的岩石动力破坏现象，由于行业背景的差异，在我国水电交通隧道等行业将这种现象称之为岩爆，而在煤矿和冶金等采矿行业称之为冲击地压或矿震。应当指出，采矿行业的井巷工程和水电交通行业的隧道等地下工程由于工程性质的不同，对围岩稳定性的控制措施的要求是存在差异的。隧道等地下工程是百年大计，这些工程在完成后是不能容许围岩发生破坏和产生大变形的。而采矿工程特别是煤矿，由于井巷工作面的相对临时性和低成本要求，通常是可以容忍井巷工作面的围岩发生变形或破坏，只要围岩结构不失稳而满足安全生产要求即可。另外，采动应力的存在是煤矿开采的一大特点。我国深部煤矿普遍采用长壁开采方法，形成了数十万甚至数百万立方米的开采空间，开采范围之大，开采扰动强烈，长壁开采对采掘空间周围煤岩体形成反复扰动，使之多次经历变形、破坏过程，从而导致围岩大变形、强流变和超低摩擦效应。巷道工作面围岩在高地应力和强卸荷共同作用下，地应力重新分布时空关系复杂，高应力释放、转移、传递引起的煤岩体能量耗散与能量释放过程的动力学特征明显，在一定条件下将会引起冲击地压动力灾害。因此在煤矿等采矿工程岩体力学中，要研究煤岩体变形破坏后再变形再破坏的特征，要研究允许围岩破坏但限制其变形发展的稳定条件，从而搞清楚巷道围岩破裂后(峰后)的力学响应、围岩失稳特性及其演化规律和动力失稳控制对策。
2冲击地压分类方法
目前，国际上还没有形成统一的冲击地压分类方法。就我国而言，冲击地压的分类方法主要有：(1)按参与冲击地压的岩体类别分为：煤层冲击和岩层冲击；(2)按地压显现强度分为：弹射、微冲击和强冲击；(3)按震级及抛出煤量分为：轻微冲击、中等冲击和强烈冲击；(4)按冲击地压的破坏后果分为：一般冲击地压、破坏性冲击地压、冲击地压事故。此外，根据冲击地压的应力来源和加载形式，也就是启动条件进行分类的方法突出了力源因素对冲击地压的作用，与冲击地压机制、防治研究相关度最大。
3冲击地压理论与防治技术体系建立
3.1采动应力和能量场时空演化规律与致灾机制
采动应力的存在是煤矿开采的一大特点，主要是由于开采引起上覆岩层大范围移动甚至断裂导致应力重新分布，近年专门研究了无煤柱开采、放顶煤开采与保护层开采3种典型条件下采动应力的显现分布特征。开采前煤岩体处于深部三维应力平衡状态下，开采活动打破了原有的应力平衡，导致采场三维空间中的宏观应力场与能量场的重新分布。由于开采工艺的复杂性，实际采区的应力分布是非常复杂的。通过分析计算孤岛工作面回采过程中矿山压力分布和能量积聚释放规律与采深、煤层厚度、构造应力和煤岩介质非均匀性之间的关系，得出随着煤层厚度、采深、水平应力的增加，工作面前方发生冲击破坏的可能性逐渐增大，而且危险区域逐渐向煤层内部转移。计算分析表明巷道与工作面所产生的叠加应力汇交处发生冲击破坏的危险程度最高。
3.2监测设备的改进
虽然冲击地压监测预警的方法不断地推陈出新，但实际上现有方法研究还没有结束，由于技术攻关难度的加大导致新产品的不断推出，而忽视了对现有监测设备精度的提高。例如微震监测系统虽说能对事件作出定位，但该设备说明书中纵向误差达50m，横向误差也达20m左右，虽然在实际应用中可通过爆破效验降低至个位数，但其误差精度有很大的提升空间。目前的地球物理方法是以被动接受为主，因此开发主动性的发射性的物探设备，或者通过岩层破断前的温度等其他信息来主动探测也是发展方向。
3.3矿井建设阶段
分析认为该矿埋深较大，采掘空间基础静载荷较为充足，应从开拓、准备阶段就进行静载荷疏导，以降低后期局部解危的难度和强度。依据冲击地压防治的成套理论与技术体系:①进行了煤岩层冲击倾向性鉴别，认为煤层具有强冲击倾向性，顶底板为弱冲击倾向性，进入防冲程序。②基于最大水平主应力方向调整了一盘区大巷方向，并将一盘区大巷外延段以及二盘区大巷调整至顶板岩层中，以降低巷道极限平衡区应力集中程度。③将矿井原计划采用的分层综采，基于防冲角度，调整为一次采全厚的综放开采工艺。由于顶煤的垫层作用，以降低采场冲击危险性。④将原来设计的盘区两翼开采，调整为多盘区单翼“一区一面”开采，避免了采掘扰动应力叠加影响。⑤将原来设计的工作面区段煤柱由20m调整为6m沿空掘巷布置，降低了区段煤柱应力集中程度。依据前文建立的理论与技术体系，针对首采面开采前，以集中静载荷疏导为目标，通过优化矿井开拓、准备阶段的设计，达到了该矿冲击地压源头治理目标。
3.4掘进面冲击地压无线实时监测预警系统
掘进面冲击地压实时无线监测预警系统是利用当量钻屑量对冲击灾害进行预警防治。在冲击地压危险区发生冲击灾害之前，采动应力逐步增加，当应力达到煤体强度极限时，才可能发生冲击，而此时钻屑量将超过额定安全指标。钻孔围岩应力可用钻孔应力计监测的相对应力值得出，因此通过监测数据分析确定应力增量变化规律与钻屑量间的关系，并根据该规律可以间接得出钻屑量的多少，从而实现利用钻孔应力测量代替钻屑量监测的预警。
结语
综上所述，尽管在煤矿冲击地压灾
害研究方面取得了一些研究进展，但由于问题的复杂性，仍需在深部煤岩层空间结构与动力灾害关系、诱发深部煤层冲击失稳的地质构造特征及条件、深部开采中的采场应力空间演化规律与致灾机制、冲击地压综合预警与防治技术等方面开展进一步探索和研究。
参考文献
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