黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司益新煤矿 黑龙江省鹤岗市 154100
摘要：冲击地压的发生是有条件的，研究表明煤岩的冲击倾向性、断层和褶曲赋存状况、上覆岩层赋存条件是诱发冲击地压的主要条件。不同类型的冲击地压矿井，尽管防治方法存在不同，但防冲的本质是相似的，即改变应力分布形式或应力条件。
关键词：冲击地压；灾害；防治措施
1冲击地压的致灾机理
自20世纪50年代南非成立世界上第一个冲击地压研究机构以来，业内学者提出了众多理论，仅我国提出的机理便已超过100种，是世界上提出冲击地压机理最多的国家。此处笔者仅列出经典理论和国内最新成果。早期主要有强度理论、刚度理论和能量理论、“三准则”理论、冲击倾向性理论、变形失稳理论。虽然这些理论不能完全解释冲击地压的发生，但构成了冲击地压机理研究过程中的理论基础。由于不同矿井地质赋存条件的差异，致使煤岩介质与赋存环境的相互作用机制也大不相同，因此尚没有一种具有普适性的冲击地压的致灾机理。我国现有的冲击地压致灾机理可分为4类:①从研究煤岩体材料的物理力学性质出发，分析煤岩体失稳破坏特点及诱使其失稳的固有因素，同时利用混沌、分叉等非线性理论来研究煤岩失稳过程;②从研究灾害区域所处的地质构造以及变形局部化出发，分析地质弱面和煤岩体几何结构与煤岩冲击失稳之间的相互关系;③工程扰动以及采动影响与冲击失稳之间的关系;④从能量角度出发，通过能量密度、能量释放率等指标或通过构建复合型能量转化为中心的煤岩冲击失稳分类体系，对煤岩冲击失稳的能量积聚和转化特征进行研究。
从冲击地压的致灾机理和典型案例分析，我国煤矿冲击地压灾害与以下条件密切相关。
1)煤岩体介质属性。冲击倾向性是鉴别煤岩介质本身冲击能力大小、是否具有冲击危险性的力学属性，据相关资料统计我国发生的冲击地压事故中，约有75%煤层具有冲击倾向性。冲击倾向性已经成为我国冲击地压问题的基础性研究，冲击倾向性鉴定是煤层开采前的必要工作，现已形成了对我国煤矿安全生产一线具有指导意义的鉴定标准。但部分发生冲击地压的煤层不具有冲击倾向性，如平顶山十矿、徐州权台矿和北京大安山矿，故冲击倾向性理论的研究尚需完善。近几年，左建平等分析了不同煤岩组合方式对冲击倾向性的影响。张广辉等研究了瓦斯作用下煤体冲击倾向性的变化。也有学者尝试从其他角度提出新的冲击倾向性指标，如姜耀东等研究发现煤的冲击倾向性与其细观结构特征紧密相连，可以用煤体微晶参数来判断煤层冲击倾向性的大小。
2)环境应力集中。煤岩体的环境应力分为相对静态的初始地应力(原岩应力)和相对动态的采动应力。冲击地压主要发生在深部矿井中，大多数矿井埋深接近或超过400m，超过400m埋深的矿井必须做冲击倾向性鉴定，这是工程实践达成的共识，说明了初始地应力在冲击地压孕灾的过程中起到关键作用。环境应力集中的另一因素为相对动态的采动应力，如开采强度过高，工作面见方，放炮等工程扰动的影响，采场布置的不合理等因素均会造成采动应力集中。如鹤岗矿区富力煤矿1998年发生的冲击地压事故位于三面采空的孤岛地带;阜矿集团艾友煤矿2015年某综放工作面临近采终，造成煤柱区域应力集中，在施工大断面拆装硐室时诱发冲击地压。早期的强度理论、能量理论都认识到了应力场对冲击地压灾害的主控作用;现阶段提出的冲击地压应力控制理论，更是针对环境应力这一诱发因素，从发生机理、预警手段和防治技术上均做了系统研究。
2冲击地压预防措施
2.1深部冲击地压矿井防治方法
深部冲击地压矿井，尤其是超过千米埋深的矿井，由于其上覆岩层产生的自重应力常会大于煤体的抗压强度，这类矿井冲击地压矿井防冲的关键的是要避免上覆岩层的自重直接作用在采区煤岩体上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆开采保护层是最有效的防治冲击地压方法之一，实施保护层开采后，被保护工作面及其巷道围岩的应力峰值显著减小，尤其是在区间煤柱位置，并且应力峰值的位置远离工作面和巷道表面，起到应力释放和应力转移的双重作用，从而避免了冲击弹性能的积聚，起到防冲的作用。此外，深部冲击地压矿井还需要按顺序开采，控制开采强度。
2.2构造冲击地压矿井防治方法
在断层、相变、褶皱等地质构造发育的矿井，由于地质构造异常的区域常赋存有可能完全不同于其他区域的构造应力，在采掘影响下，应力场变得非常复杂，在掘进期间尚不具备空间实施解危措施时，就会发生冲击地压。比较常用的方法是在掘进期间，在煤岩体应力集中区域进行钻孔卸压，使孔周边处于二向应力状态的煤体在达到极限强度后发生破坏，钻孔附近区域煤体力学特性发生弱化，降低了煤层的脆性和煤层存储弹性能的能力。同时，大钻孔为煤体内部高应力的释放提供了空间，降低此区域的应力集中程度或者使高应力向煤体深部转移，使可能发生的煤体不稳定破坏过程变为稳定破坏过程，实现对局部煤体高应力状态的缓解，当多个卸压孔的应力降低区连在一起形成一条卸压带，使巷帮高应力区煤体的整体应力集中系数下降，储存的高弹性能量得以释放，破坏了冲击地压发生的应力条件，使其得以消除或者有效控制。
2.3坚硬顶板冲击地压矿井防治方法
开采具有巨厚坚硬顶板煤层的矿井，由于顶板岩层具有较好的储能条件，极易发生冲击地压。这类矿井需要改善顶板条件，获得有效的应力释放和卸压效果，避免冲击地压的发生。深孔断顶爆破是处理坚硬顶板冲击地压最有效的方法之一。实施深孔断顶爆破后，应力得到明显缓解，应力降低非常明显。巷帮围岩一定范围内高应力集中是冲击地压发生的根本应力来源，深孔断顶爆破可以通过爆破作用改变煤岩体所处的应力环境，缓解压力，降低冲击危险性。
3冲击地压防控技术发展趋势
1)灾变破坏的多尺度效应以及多尺度转变机制是揭示冲击地压发生机理新的突破口。煤矿冲击地压发生机理的研究成果较多，但由于煤层结构和环境应力十分复杂，发生机理仍然需要从煤岩介质自身属性以及灾变破坏的多尺度效应、多尺度灾变转化机制上对冲击地压发生的本质进行深入研究。
2)冲击地压灾害防控机理的研究是确保防治技术有效性的客观要求。矿业工程重在解决实际问题，一直存在着技术先行理论滞后的现状，影响了煤矿工业向精细化发展，尤其是煤矿安全领域，防控理论的研究滞后于防治技术的发展，也正是由于理论研究的滞后，阻碍了防控技术在解危成效上的最大化，因此需要开展冲击地压灾害防控机理的研究，为煤矿灾害的防治新技术提供理论支撑。
3)冲击地压灾害的监测预警与智能感知等技术的融合是必然要求。冲击地压事故的监测监控设备较多，但大多数都是根据某一发生机理，研发的监测设备，由此监测预警的准确性也是在一类冲击地压事故中有较好的表现。冲击地压致灾因子的识别以及预警模型都还需要深入的研究，尤其是在煤矿开采智能化少人化的大背景下，对冲击地压灾害的监测监控与预警也提出了更高的要求，与互联网+相结合的智能感知技术的应用也成为可能。
结束语
随着我国浅部煤炭资源的日趋枯竭，深部煤炭资源已经成为我国的主要能源保证。我国多个省份已经逐步进入深部开采阶段。冲击地压已经成为深部煤矿的的典型动力灾害之一，明确冲击地压发生机制是监测与防治冲击地压的基础。但目前对冲击地压监测、防治还有所欠缺。
参考文献:
[1]翟明华,姜福兴,齐庆新,郭信山,刘懿,朱斯陶.冲击地压分类防治体系研究与应用[J].煤炭学报,2017,42(12):3116-3124.
[2]孔祥振.冲击地压防治关键理论与技术分析[J].建材与装饰,2017(41):226.
[3]刘飞.煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究[J].山东工业技术,2017(14):70.
论文作者:房鹏
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：地压论文; 应力论文; 矿井论文; 倾向性论文; 机理论文; 发生论文; 理论论文; 《防护工程》2019年第3期论文;