冲压地压及其防治

冲压地压及其防治

一、冲击地压

冲击地压是指在开采过程中，积聚在煤炭体中的能量，瞬间释放出

来，产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。特征：常伴

随有很大的声响、岩体震惊和冲击波，在肯定范围内可以感到地震；有

时向采掘空间抛出大量的碎煤或岩块，形成许多煤尘，释放出大量的瓦

斯。

依据原岩（煤）体应力状态不同，冲击地压可分为3类：重力型冲

击地压、构造应力型冲击地压、中间型或重力一构造型冲击地压。重力

应力型冲击地压：主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条

件下引起的冲击地压。构造应力型冲击地压：主要受构造应力（构造应

力远远超过岩层自重应力）的作用引起的冲击地压。中间型或重力〜构

造型冲击地压：主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。

依据冲击的显现强度分类：（1）弹射：一些单个碎块从处于高应力

状态下的煤或岩体上射落，并伴有剧烈声响，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，煤、岩

并不向已采空间抛出，只有片带或塌落现象，但煤或岩体产生明显震惊,

伴有巨大声响，有时产生矿尘。较弱的矿震称为微震。（3）弱冲击。煤

或岩石向已采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和装备根本上

没有损坏；围岩产生震惊，一般震级在2.2级以下，伴有很大声响；产

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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

石急剧破裂，大量向已采空间抛出，显现支架折损、装备移动和围岩震

惊，震级在2.3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。

依据震级强度和抛出的煤量分类：（1）稍微冲击：抛出煤量在10t

以下，震级在1级以下的冲击地压。（2）中等冲击：抛出煤量在10t〜

50t以下，震级在1级〜2级的冲击地压。（3）剧烈冲击：抛出煤量在

5（）t以上，震级在2级以上的冲击地压。一般面波震级Ms=l时，矿区

附近部分居民有震感；Ms=2时，对井上下有不同程度的破坏；Ms2时，

地面建筑物将显现明显裂缝破坏。

依据发生的地点和位置分类：（1）煤体冲击。发生在煤体内，依据

冲击深度和强度又分为外表、浅部和深部冲击。（2）围岩冲击。发生在

顶底板岩层内，依据位置有顶板冲击和底板冲击。

二、冲击地压机理

冲击地压成因的机理：对冲击地压成因和机理的解释主要有强度

理论、能量理论、冲击倾向理论和失稳理论。

1、强度理论

该理论认为，冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体--围岩力学

系统的综合强度。其机理为：较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深

部煤体自身或煤体-围岩交界处的变形（见下列图）。由于平行于层面

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的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承

受更高的压力，积蓄较多的弹性能。

从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。在煤

体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚

区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体

可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。

2、能量理论

该理论认为，当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的

能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。刚性理论也是一种

能量理论，它认为发生冲击地压的条件是：矿山结构（矿体）的刚度大

于矿山负荷系（围岩）的刚度，即系统内所诸存的能量大于消耗于破坏

和运动的能量时，将发生冲击地压。但这种理论并未得到充足证明，即

在围岩刚度大于煤体刚度的条件下也发生了冲击地压。

3、冲击倾向理论

该理论认为，发生冲击地压的条件是煤体的冲击倾向度大于试验

所确定的极限值°可利用一些实验或实测指标对发生冲击矿东可能程

度进行估量或预测，这种指标的量度称为冲击倾向度。其条件是：介质

实际的冲击倾向度大于规定的极限值。这些指标主要有：弹性变形指数、

有效冲击能指数、极限刚度比、破坏速度指数等。

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上述三种理论提出了发生冲击地压的三个准则，即强度准则、能量

准则和冲击倾向度准则。其中强度准则是煤体破坏准则，能量准则和冲

击倾向度准则是突然破坏准则。三个准则同时成立，才是产生冲击地压

的充足必要条件。

4、失稳理论

近年来，我国一些学者认为，依据岩石全应力——应变曲线，在上

凸硬化阶段，煤、岩抗变形（包括裂纹和裂缝）的力量是增大的，介质

是稳定的；在下凹软化阶段，由于外载超过其峰值强度，裂纹快速传播

和扩展，发生微裂纹密集而连通的现象，使其抗变形力量降低，介质是

非稳定的。在非稳定的平衡状态中，一旦遇有外界微小扰动，则有可能

失稳，从而在瞬间释放大量能量，发生急剧、猛烈的破坏，即冲击地压。

由此，介质的强度和稳定性是发生冲击的重要条件之一。虽然有时外载

未到达峰值强度，但由于煤岩的蠕变性质，在长期作用下其变形会随时

间而增大，进入软化阶段。这种静疲惫现象，可以使介质处于不稳定状

态。在失稳过程中系统所释放的能量可使煤岩从静态变为动态过程，即

发生急剧、猛烈的破坏。

三、冲击地压的防治

依据冲击地压发生的原因，可以制定防治冲击地压的措施。主要从

两个方面着手，一是防止产生应力集中区或降低应力集中，既防