义马煤田冲击地压现状及研究.doc

第一章 冲击地压概述煤矿煤岩动力灾害主要包括冲击地压和有瓦斯气体参与的煤与瓦斯突出，本次课程我们主要介绍冲击地压的基本知识、发生的原因、机理、影响因素以及冲击地压危险的预测预报技术、冲击地压危险的治理措施等方面的实用技术。第一节 冲击地压动力灾害冲击地压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿、金属矿井、隧道等的安全轻则构成严重威胁，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。随着井工矿井开采深度的增加，煤岩动力灾害冲击地压的危险也在逐步增加。原来没有发生过冲击地压的矿井，现在也开始发生，原来发生过冲击地压的矿井，现在冲击发生的强度越来越大，发生的次数越来越多。目前，我国有近50对矿井累计发生过4000多次冲击地压，造成数以百计的人员伤亡，巷道破坏达30多公里。冲击地压作为采矿诱发的地震，与大地地震相比，虽然震级不大，但由于其震中距地表近，属浅表层地震，其危害性非常严重。图11为按里氏震级划分的德国、向非、波兰等国以及我同抚顺矿区、三河尖煤矿、华丰煤矿等发生冲击地压的最大强度。第二节 义马煤田冲击地压概况1、生产地质情况义煤集团公司冲击地压主要发生在中部义马煤田。义马煤田分布有5对生产矿井，即：常村、跃进、千秋、耿村、杨村煤矿。目前矿井采深分别是：常村矿600-800m,跃进矿650-1060m, 千秋矿750-980m,耿村矿500-650m,杨村矿400-600m。义马煤田含煤地层为侏罗系，开采煤层为中侏罗统义马组，煤田基本构造形态为一简单的单斜构造。地层产状平缓，走向近东西，倾向南，自下而上分别是2-3煤、2-2煤、2-1煤、1-2煤和1-1煤，煤层倾角825大部分区域在10左右，现主采2-1煤和2-3煤。煤层赋存比较稳定，开采条件较好，煤层直接顶为泥岩和砂质泥岩、老顶为巨厚砾岩，底板为煤与泥岩互层和炭质泥岩；煤田煤层瓦斯含量在2.199.72m3/t，矿井地质条件和水文地质条件均较为简单。煤种为长焰煤，挥发份大都在35-40%以上。2-1煤层煤厚在0.149.45m，平均煤层厚度3.54.6 m；2-3煤层煤厚在0.221.7m，平均煤层厚度4.59.6 m。煤层具有冲击倾向性。2、冲击地压情况义马煤田冲击地压从80年代就有显现。主要表现为响煤炮和局部支架损坏，但没有详细记录。首次有记录的冲击地压为1998年9月3日，千秋煤矿18152下巷掘进工作面冲击地压。当时18152下巷掘进近100m，发生冲击地压造成整条巷道被煤充满，破坏巷道50m，损坏工字钢支架100棚，冲击出煤煤量500m3，两人死亡，一个受伤，停产60天。该段巷道埋深450m。近两年来，有记录的冲击地压有21次，跃进煤矿16次，千秋煤矿4次，常村煤矿1次。最严重的是2007年跃进煤矿“6.19”冲击和最近千秋煤矿“6.5”冲击。从分类情况看，发生在回采期间的有12次、掘进期间6次、工作面安装、转移、修巷期间3次。发生在采深800m以下的15次，600-800m采深的6次。巷道表现情况基本上是以底鼓和上帮破坏为主，没有冲击地压造成的严重冒顶现象。另外还有很多以“煤炮”和轻微巷道支架变形为主要表现形式的弱冲击现象。第三节 冲击地压现象及特征冲击地压是指井巷或工作面周围煤岩体，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。同时造成煤岩体振动和煤岩体破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。冲击地压还会引发或可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统等。对于冲击地压现象，世界各国，以及不同的行业，其称谓是不一样的，常见的有“岩爆”、“煤爆”、“冲击矿压”、“矿山冲击”、“冲击地压”等。本书采用“冲击地压”这个术语。通常情况下冲击地压将直接产生：将煤岩动力抛向巷道；引起岩体的强烈震动；产生强烈声响；造成岩体的破断和裂缝扩展。因此，冲击地压具有如下明显的显现特征：突发性。冲击地压一般没有明显的宏观前兆而突然发生、难于事先准确确定发生的时间、地点和强度。瞬时震动性。冲击地压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴有巨大的声响和强烈的震动，电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及范围可达几公里甚至几十公里地面有地震感觉，但一般震动持续时间不超过几十秒。巨大破坏性。冲击地压发生时，顶板可能有瞬间明显下沉，但一般并不冒落；有时底板突然开裂鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架，从后果来看冲击地压常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失。第四节 冲击地压的分类根据冲击地压显现强度、发生的地点和位置的不同，冲击地压有如下几种分类方法。一、根据冲击的显现强度，可分为四类： (1)弹射。一些单个碎块从处于高压应力状态下的煤或者岩体上射落，并伴有强烈声响，属于微冲击现象。 (2)矿震。它是煤、岩内部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏。但煤、岩并不向已采空间抛山，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动伴有巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮”。 (3)弱冲击。煤或岩石向巳采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设备基本上没有损坏，围岩产生震动，一般震级在22级以下，伴有很大声响，产生煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。 (4)强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩震动。震级在23级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。二、根据震级强度和考虑抛出的煤量，可将冲击地压分为三级：(1)轻微冲击(I级)。抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击地压。(2)市等冲击(II级)。抛出煤量在l050 t，震级在12级的冲击地压。(3)强烈冲击(III级)。抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。一般面波震级Ms1时，矿区附近居民可能有震感；Ms2时对井上下有不同程度的破坏；Ms2.5时，地面建筑物将出现破坏现象。 三、根据发生的地点和位置冲击地压可分为两大类：(1)煤体冲击。发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表而、浅部和深部冲击。(2)围岩冲击。发生在顶底板岩层内，根据位置有顶板冲击和底板冲击。第二章 冲击地压影响因素及机理分析第一节 冲击地压影响因素分析冲击地压发生的原因是多方面的，但从总的来说可以分为三类，即自然的、技术的和组织管理方面的。其关系如图21所示。图2-1 据冲击地压发生的原因分类自然因素中，最基本的因素是原岩应力，主要由岩体的重力和构造残余应力组成，井巷周围岩体的应力由采深决定，而构造残余应力则很难预计，也很难研究。此外断层附近也会出现相当大的水平应力。褶曲附近的情况也可能如此。实践表明，在一定的采深条件下，比较强烈的冲击地压一般会出现在煤系地层中具有强度高的岩层情况下，特别是在煤层顶板中有坚硬厚层砂岩的情况。冲击地压危险的倾向是由煤岩的特性决定的。总的来说，煤的强度大，弹性好，冲击地压的倾向性就高。但并不是说，强度小和弹性差的煤层不会发生冲击地压。只是在这种情况下，发生冲击地压的应力值比强度大、弹性好的煤大得多，并且取决于加载方式和加载速度。从发生冲击地压的技术因素来分析，首光是开采引起局部应力集中。其主要原因是开采系统不完善，或者具有坚硬的顶板，较大的悬顶，造成较大的应力集中；或者是由于开采历史造成的，如煤柱停采线造成的应力集中传递到邻近的煤层。从生产实践来看，生产的集中化程度越高，越容易发生冲击地压。开采设计或防治措施无法实现，是冲击地压危险增加的因素之一。主要是在多煤层开采情况下，还有多种自然灾害一起出现，如冲击地压、火、瓦斯等。但有时无法选择更有效的冲击地压防治措施。技术和管理相互交叉的因素为投资没有到位。加采矿作业没到位，支架和技术装备没有到位，没有选择有效的冲击地压预报仪器和防治的装备。一、开采深度众所周知，随着开采深度的增加，煤层中的自重应力随之增加，煤岩体中聚积的弹性能也随之增加。义马煤田现采深已超过或超过700米，具有开采深度大的特点。统计分析表明，开采深度越大，冲击地压发生的可能性也越大。通常情况下，深度H350米时，冲击地压不会发生。深度在350H500m时，在一定程度上危险程度逐渐增加。从500m开始，随着开采深度的增加，冲击地压的危险性急剧增长，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7001000m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：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。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。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KE5为强冲击倾向，5K1.5为中等冲击倾向，KE1.5为无冲击倾向；弹性能量指标WET5为强冲击倾向，5WET2为中等冲击倾向，WET2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3040米。见义马煤田煤层综合柱状图2-7。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： 工作面向老塘推进时； 在距采空区15-40m的应力集中区内掘进巷道； 两个工作面相向推进时； 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 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、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080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0.10.15m，甚至更大），如图2-17所示。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0.10.2m）。（6）冲击地压发生后，巷道断面收缩明显，通常可达5070，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，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：Wt0.3，为无冲击危险。Wt=0.30.5，为弱冲击危险。Wt=0.50.75，为中等冲击危险。Wt=0.750.95，为强冲击危险。Wt0.95，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程度的一种简单、实用、可靠的冲击地压预测方法，并且实现了非接触连续监测，受干扰小，定向性好，连续监测的信息量大，能够提高预测准确性。三、钻屑法监测技术 钻屑法是通过在煤层中打直径4250mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法。其理论基础是钻出煤粉量与煤体应力状态只有定量的关系，即其他条件相同的煤体，当应力状态不同时，其钻孔的煤粉量也不同。当单位长度的排粉率增大或超过标定值时，表示应力集中程度增加和冲击危险性提高。目前已在冲击地压矿井全面推广应用。四、微震监测技术 我们矿上还没有使用，不再详细描述。第四章 冲击地压防治技术冲击地压研究的最终目的就是有效地防止冲击地压的发生。从冲击地压形成的机理看，控制冲击地压灾害的发生，实质上就是改变煤岩体的应力状态或控制高应力产生，以保证煤岩体不足以产生失稳破坏或非稳定破坏。根据实际煤岩体条件，冲击地压的防治包括两个方面，即已具备冲击危险煤岩层的冲击地压防治和目前尚无冲击危险但开采过程中可能发生冲击地压的防治问题。为了从根本上改变煤岩体应力分布规律，以降低冲击危险程度，目前国内外采用的冲击地压防治方法主要包括合理的开采布置、保护层开采、煤层松动爆破和煤层预注水等。对于已具有冲击危险的煤岩层采用的控制方法有煤层卸载爆破、钻孔卸压、煤层切槽、底板定向切槽和顶板定向断裂等。这些方法在我国均获得了广泛应用。一、煤层卸载爆破技术煤层卸载爆破是在已确定有冲击危险的区域，通过对煤体实施爆破，以达到解除冲击危险的一种冲击地压防治措施。煤层卸载爆破可分为煤层松动爆破、煤层卸载爆破和煤层诱发爆破三种形式。煤层松动爆破是指在煤层尚未形成高应力集中或不具有冲击危险但预测采煤过程中具有冲击危险的区域实施爆破，以改变煤体的物理力学性质，从而使得煤的冲击危险性降低，避免煤体内的弹性能过于积聚，以防止冲击地压的发生。煤层卸载爆破是对已形成冲击危险的区域进行爆破，使煤体中的应力集中程度下降，煤体中支撑压力峰值位置向煤体深部转移，从而降低冲击危险性。煤层诱发爆破是对具有较高冲击危险的煤体实施爆破，通过爆破形成的应力波与高应力煤体的应力叠加，进一步增加煤体中的应力集中程度并诱发冲击地压，即通过选择合理的爆破参数、爆破时间和地点，在爆破动应力的作用下，诱发强度可控、较小的冲击地压的发生，从而避免灾害性较大的冲击地压的发生。二、义马煤田冲击地压防治的经验（1）冲击地压重点防范区域主要有：地质构造变动带：包括断层、褶曲、煤层厚度和倾角突然变化区域；综采面及前方30300m的采动应力集中区；工作面临近下山煤柱或边界煤柱期间；孤岛煤柱或三面采空煤柱内掘进和回采工作面；中部矿井600-800m以深，尤其是F16断层构造带附近；工作面初采和末采及停产三天以上恢复生产的工作面。（2）义煤集团中部矿井冲击地压发生的一些规律：大断面、高强度巷道支护可以减轻巷道冲击，减少冲击伤人；沿空送巷没有发生冲击；综采、综放工作面内不发生冲击，掘进头10-15米冲击不明显；高应力巷道通过爆破卸压和高压注水治理效果比较明显，危险区域可以通过爆破方式进行诱发，从而避免伤人。（3）多种预测手段并存。义煤集团中部煤田跃进、千秋两矿均采用KBD5、KBD7电磁辐射监测、钻屑法监测，很快将安装微震监测系统，形成一整套危险性识别预警系统，从多方位弥补单一预测手段的不足。（4）多种解危措施并存。义煤集团中部各生产矿井现采用深孔卸压爆破、煤层高静压注水及爆破诱发等多种解危方式并存的方法效果比较好。并且在所有采掘工作面无论有无冲击危险，均采取先卸压，后监测，再解危的危险区处理方法，也取得了明显的效果。（5）加强底板支护，采用O型棚全封闭支护。义煤集团中部矿井冲击能量多以底板释放为主。现跃进矿23130下巷采用的锚网索+O型棚复合支护从防冲角度考虑，效果很好。该工作面曾发生过一次大威力“煤炮”，当时，整个巷道煤尘飞扬，能见度不足2m，除O型棚断面有部分收缩外，没有造成其他破坏。（6）采取“五位一体”的冲击地压总体防治措施。“五位一体”即：安全培训、预测预报、防治措施、防治措施的效果检验、安全防护。安全培训是指加强管理、完善制度、健全机制、强化职工培训，加强队伍建设，提高主动防治的意识；预测预报是对有冲击地压危险的区域进行监测和预报，为防治措施提供指导；防治措施包括主动防范和主动解危措施，一般指优化生产布局、减少应力集中、加强巷道支护等措施减少冲击地压的发生和采取卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压等方法弱化冲击程度，形成防冲保护带；防治措施的效果检验是对防治措施的效果采用电磁辐射法和钻屑法等方法进行冲击危险性检验，各项指标均在临界值以下，才能正常生产；安全防护是指在采取防治措施后仍然不能完全杜绝冲击地压发生，为降低冲击地压发生时造成的人身伤害所采取的各项安全防护措施。第六章 矿山震动与冲击地压对环境的影响在采矿巷道中发生震动和冲击地压，将会引起：巷道、工作面的破坏，人员的伤亡。其主要原因是地震波传播过程中动载荷脉冲的冲击使煤层垮落，动力抛出煤岩体。在冲击地压区域人员伤亡，但巷遭损坏不大。在较大能量的震动和冲击地压发生时，地表产生振动，使建筑物产生裂缝甚至倒塌。总的来说，冲击地压的危害与煤矿五大自然灾害并重。附录：义马煤田典型冲击地压事故实例事故一：千秋煤矿“6.5”冲击地压2008年6月5日下午16时，义煤集团千秋煤矿21201工作面下巷在修巷期间发生冲击地压，巷道底鼓严重，巷道断面瞬间缩小至局部不足1m2，突出煤量3975吨，涌出瓦斯1700m3，瓦斯浓度最高达8.1。造成9人死亡，11人受伤。一、矿井概况：千秋煤矿位于河南省义马市南12Km，矿井于1958年投产，是义煤集团公司的骨干矿井之一， 2007年核定矿井综合生产能力210万吨。2007年矿井产量209.6万t。井田开拓方式为立井多水平上、下山混合式开拓，通风方式为混合式负压通风。 井田地质构造较为简单，长焰煤种。现主要开采侏罗系二煤。2007年矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为44.57%，有爆炸危险。属容易自燃煤层，自燃发火期1个月，最短7天。矿井正常涌水量为275m3/h，最大涌水量313m3/h。目前矿井21区下山一个采煤工作面。现回采的21201工作面采深745 m，工作面采用综采放顶煤一次采全高回采工艺，全部垮落法管理顶板。该工作面巷道采用锚网+可缩性拱型支架支护，工作面设计走向长度1555m，已回采605米，剩余950米，煤层硬度系数为1.52.3，可采厚度11.57m，倾角913。二、事故发生及抢救情况：6月5日16时，千秋矿21201工作面下巷八点班和四点班交接完毕，八点班下班，四点尚未开始从事修棚作业，突然感到一阵晃动，接着105m巷道迅速合拢，20名矿工被困井下。附图：冲击地压发生后21201下巷巷道变形情况图。 冲击地压发生后，千秋矿立即向公司领导进行了汇报，集团公司、矿迅速成冲击地压发生后21201下巷巷道变形情况图立了抢险救援领导小组和抢险指挥部，设立现场抢险组、伤员救治组、治安保卫组、后勤保障组、善后处理组和协调组，迅速启动紧急救援预案，开展救援工作。并立即启动应急预案。先派第一救援小分队从21201下巷进入冲击地压发生地点，当救援小分队到达下巷730m处，发现顶底板合拢，无法实施救援工作，救援小分队迅速通知抢险指挥部，抢险指挥部命令救援小分队从上巷进入冲击地压发生地点，到达下巷转载机附近时，听到有呼救声，救援人员一边实施紧急救援，一边上报抢险指挥部，抢险指挥部迅速展开全方位抢险救援工作，从事故地点两端向冲击地压发生区域(共105m)清理巷道，从里端进入抢救人员60人，其中救护队员15人；从外端进入抢救人员70余人。截止6月6日14点，从上巷累计运出19名被困人员，1人从下巷运出。至此，21201工作面所有抢险救援工作全部结束，此次冲击地压事故共计造成9人死亡，11人受伤。三、现场勘查6月6日，矿压研究所组织人员到千秋矿进行事故现场勘查，查看了21201工作面事故现场，并同千秋矿生产科技术人员和相关区队当班工人进行了交流，。现场情况是:1、巷道合拢段105米；严重受损段240米；一般受损段285米。共计受损巷道630米，21201工作面下巷320米以里至工作面几乎全部受损；2、伤亡人员多在巷道合拢段和严重受损段。冲击地压发生时，现场施工人员正在进行修巷工作和注水、瓦斯抽放等防灭火工作，人员比较集中。四、事故原因此次千秋矿“6.5”冲击地压事故波及范围广、巷道受损严重、破坏性强，在义马煤田历次冲击地压事故中是非常罕见的。鉴于此，2008年6月5日，抢险指挥部特邀中国工程院院士张铁岗现场指挥抢险工作，并聘请有关专家对这起事故性质及原因进行了现场分析鉴定。1、这起事故是受到2008年5月12日汶川地震后效的间接影响和2008年6月5日15时57分渑池县果园乡地震直接影响引发的一次冲击地压。分析原因如下：千秋煤矿开采煤层具有冲击倾向性，煤层顶板存在巨厚坚硬砾岩层，21201采面已经进入750 m开采深度，原岩地应力大。上述条为冲击地压的发生提供了基本条件。研究表明，强烈地震前后一段时间内，地震应力场可对周边应力场产生影响。千秋煤矿据四川汶川地震震中1000 km左右，汶川主震时，义马地区震感强烈。因此，可以推测义马地区现今构造应力场有受四川汶川地震影响的可能。据三门峡市地震局转河南省局领导震情，2008年6月5日15时57分，北纬34.71度、东经111.77度，在渑池县果元乡（距千秋矿3 km）发生一次里氏3.5级地震。这次地震可能是受到汶川地震影响的结果。根据千秋煤矿安全监测监控系统对瓦斯、风速的监测结果，2008年6月5日15时59分21201采面瓦斯探头浓度值与风速探头值同时发生严重异常，结合矿山调查结果，确定此次冲击地压发生的时间为2008年6月5日15时59分。据井下获救人员口述，事故发生时感受到较强烈的震动，听到巨大的声响。2、生产不正常，推进速度快，突然的周期来压是此次冲击地压发生的主要原因之一。5月12日至今，21201工作面下拐头CO经常超标，为防止采空区发火，冲击地压发生前半个月内上巷推进30米，下巷推进40米，工作面平均推进35米，顶板活动加剧，周期来压突然。3、冲击地压发生段人员集中作业，引起扰动，是人员伤亡多，巷道损坏波及面大的一个重要原因。一是此次冲击地压导致的巷道合拢段和严重受损段从掘进到回采变形速度一直很快，主要原因是压力大、支护强度低，冲击地压发生前有一部分人员正在修巷；二是工作面发火地点多，冲击地压发生前，有一部分人员正在进行注水、瓦斯抽放等防灭火工作。4、21201工作面下巷采深接近800米，根据地质资料及以往冲击地压发生规律分析评定，21201工作面下巷属于严重冲击巷道。五、防范措施提高对防止冲击地压的认识，开展专项培训工作。结合义煤矿区情况，开展系统、全面、针对性的冲击地压防治研究工作。采用微震监测系统、地音监测系统及采动应力监测系统对冲击地压进行矿区及矿井范围内的综合监测，掌握冲击地压发生规律，提高冲击地压监测手段与监测装备水平。合理开采布置，开展巷道合理支护方式试验。对回采工作面和两巷进行矿压观测，探索千秋煤矿综放开采条件下采场应力分布规律与特点。加强对顶板砾岩层的垮断与应力分布规律的研究，研究冲击地压发生的力源条件。2114、2116工作面在掘进过程中，应注意冲击地压的预测与防治。加强冲击地压的个人防护工作，重点冲击危险区域作业人员应采取个人防护措施。结合千秋、跃进近几年冲击地压发生情况，表明冲击地压多发生在采深接近800米的区域。因此，类似条件巷道的治理必须严格执行“安全培训、预测预报、防治措施、防治措施的效果检验、安全防护”为一体的综合防治措施，即“五位一体”冲击地压综合防治措施。事故二：千秋煤矿“8.21”冲击地压2008年8月21日下午13时05分，义煤集团千秋煤矿21141下巷掘进工作面550米至642米处发生冲击地压，巷道底鼓严重，最大底鼓量达2m。造成3人受伤。一、矿井概况：千秋煤矿位于河南省义马市南12Km，矿井于1958年投产，是义煤集团公司的骨干矿井之一， 2007年核定矿井综合生产能力210万吨。2007年矿井产量209.6万t。井田开拓方式为立井多水平上、下山混合式开拓，通风方式为混合式负压通风。 井田地质构造较为简单，长焰煤种。现主要开采侏罗系二煤。2007年矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为44.57%，有爆炸危险。属容易自燃煤层，自燃发火期1个月，最短7天。矿井正常涌水量为275m3/h，最大涌水量313m3/h。发生冲击地压的21141下巷掘进工作面采深680m，至冲击地压发生时已掘进657m，采用锚网+可缩性拱型支架支护，与正在回采的21201工作面(采深750m)倾向上相差两个区段（21161未采工作面和21181已采工作面，间距290m）,走向上对头采掘，目前间距150m。二、事故发生及抢救情况：2008年8月21日下午13时05分，义煤集团千秋煤矿21141下巷掘进工作面工人正在进行掘进作业的同时，发生冲击地压，造成3人受伤。附图：千秋煤矿21141下巷掘进工作面“8.21”冲击地压事故示意图。事故发生后千秋矿一边迅速启动应急预案，组织矿通风队到现场查看风路，抢救人员，一边立即向集团公司相关领导及单位汇报。集团公司副总经理李建新及其他领导迅速赶到现场，同矿领导率救护队下井积极抢救。14时人员全部救出，并将伤员送至集团公司总医院救治。三、现场情况发生时间：2008年8月21日13时05分。冲击地点：21141下巷掘进工作面。施工区队：千秋矿掘四队。冲击范围：距下巷口550642m范围。冲击程度：550m处出现1m左右的明显底鼓台阶，590m处左右共50米冲击最严重，最大底鼓量达2m。冲击发生前情况：发生冲击当天上午11时左右，“煤炮”频繁，但所有人员没有撤离。13时05分，掘四队工人正在掘进时，发生冲击。人员伤亡情况：伤三人，无死亡。四、事故原因分析认为发生原因有以下几个方面：21141下巷在孤岛煤柱中掘进，巷道整体受双向应力影响；同期单翼采掘同时进行，生产集中，工程扰动大；与正在回采的21201综放工作面对头推进，且发生冲击时走向上只有150m间距，基本位于超前支撑压力范围内，进一步加深了应力集中；下巷680m的采深已远远超过中部矿井冲击地压发生临界深度（根据集团公司首次冲击深度480m确定）；下巷虽采取了放炮卸压等解危措施，但没有从根本上消除冲击威胁。五、防范措施下一步千秋矿全体职工思想上要高度重视，措施上要更加有力，重点要做好以下几方面工作：一是加强职工教育，提高全矿的冲击地压认识水平。“6.5”和“8.21”两期冲击地压尽管条件和原因各不相同，但有一点是相同的，就是千秋矿对冲击地压的认识不足、防范意识不强、重视程度不够、研究不深入、措施不到位。因此，必须进行全员培训、加强队伍建设、提高装备水平、落实领导责任、引进专业人才、广泛交流和学习，狠抓现场落实，实现平稳发展。二是严格按照集团公司下发的防冲细则规定，制定千秋煤矿冲击地压防治方案和防治细则，认真编制冲击地压灾害应急救援预案，进一步完善冲击地压防治措施，切实抓好现场落实，搞好冲击地压防治工作。三是认真做好采掘面支架变形、顶板离层和围岩移近量等矿压观测，掌握采掘面围岩应力变化规律。矿压观测也是预测冲击地压的一个重要手段，必须做好相关矿压观测设备的安装、维护及数据处理工作，切实保障其正常运行，决不能敷衍了事。四是21141上下巷全面停止掘进，维修巷道，并认真制定完善措施，报安监局审批后才能生产。现场防治措施补充建议：1、正头深孔卸压爆破实行打三孔，爆破两孔，留一自由孔的爆破方式。2、掘进机截齿去掉，严禁掘进机割煤。3、卸压炮孔深至少12m，装药量不低于4kg。4、注水工作必须立即实施，正头实施深度不低于40m的深孔高压注水，两帮注水滞后掘进正头30m。5、掘进和回采必须停止一头，或严格控制掘进速度。6、工作面不出现多余设备材料，属备用的必须捆绑牢靠。7、掘进机后部皮带架必须连接于上帮稳固锚索上，固定牢靠。8、顶、帮必须背实，保证支架均匀受力，避免局部应力集中。9、支架卡缆上的螺丝必须多次紧固，要求靠正头10m，每班都要紧固螺丝。10、尽量少留底煤或对底板实施卸压、加固。11、完善卸压炮措施，加大卸压深度（至少12m以上），加强监督检查，保证措施执行到位。12、利用大孔径高性能钻机在掘进正头打100200m的深孔，每月卸压一次。13、微震监测系统要尽快购置、安装运行。14、继续采用大断面支护，并尽可能加大支护强度。15、再往前掘进与21201工作面形成的煤柱继续减小，冲击危险会更大，必须进一步加强防冲工作。16、21201回采工作面和21141掘进工作面减小推进速度的同时，必须加强防灭火管理工作，不能顾此失彼。五是“8.21”冲击地压属重大冲击地压事故，集团公司要成立事故调查组，追查相关事故责任，以便引起千秋矿对下一步防冲工作的高度重视。事故三：介绍两次放炮诱发冲击造成严重破坏案例跃进矿“12.27”和“1.30”冲击地压一、基本情况：23130工作面下巷埋深约890m，23130工作面位于23采区上山东部（23采区单翼开采），北为23110工作面（已采），东为常村矿与跃进矿边界煤柱，南为未采区；西为23采区上山保安煤柱。2007年12月27日，跃进煤矿23130下巷掘进工作面自开口掘至90米时遇一落差约1m的正断层，10点左右进行放炮（掘进和卸压共装药近10公斤），诱发产生冲击地压，瞬间巷道严重变形，下巷口向里至36m内巷道无变形，再向里10m，巷道底鼓0.20.3m，皮带架下移;46100m段内巷道底鼓1.53.5m（断层处巷高5.5m），皮带架推移至下帮，部分皮带侧翻，随机皮带跑道侧立，上帮有3处拘邦；鼓出煤量约650吨，断层前后顶板破碎冒落2-2.5m，巷道最高达7m。窝头10m内巷道无明显变形。2007年1月30日8点班，23130下巷掘进至278m，进行下帮放炮卸压，施工人员撤至距正头130m处，放炮员放炮，诱发冲击地压，造成四名工人受伤。下巷口向里至159m内巷道无变形，再向里159203m，巷道底鼓1.21.4m，皮带架侧翻，上帮拘帮0.51.0m，203236m内巷道下帮浮煤距顶板0.20.9m，皮带架及皮带被浮煤埋住，有三架皮带架