煤矿冲击地压的机理及未来的研究方向

　　【关键词】冲击地压,岩石力学,预测预报,强度,刚度,能量

　　引言

　　煤矿冲击地压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的毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。

　　1对煤矿冲击地压灾害及其理论研究现状的评述

　　1.1煤矿冲击地压灾害评述。煤矿冲击地压和岩爆是一个世界性的灾害现象。我国从1933～1996年的60多年间，全国共有36个矿井累计发生过4000余次破坏性的冲击地压，造成400多人死亡，200多人受重伤，破坏巷道20km之多，其经济损失十分严重。

　　1.2冲击地压理论研究现状的评述。通过广大科技工作者和研究人员的共同努力，已使我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展，对煤、岩体冲击地压和岩爆机理的研究，国内外曾提出了多种理论。

　　2冲击地压发生的主要因素和特点

　　2.1冲击地压的分类及显现特性。煤矿冲击地压按产生冲击地压的力源划分，冲击地压可分为动型、构造应力型和动构造应力并有的中间型三类按矿体变形破坏范围的大小划分，冲击地压可分为局部崩落和大面积爆发两类按冲击地压发生的地点划分，又可分为巷道冲击地压和工作面冲击地压。冲击地压的特征是煤壁抛射性塌落，顶板下沉或底板撇裂，板炮频繁，煤体移动，弹性振动，设备震搬，煤尘飞扬，无明显预兆突然爆发，伴有巨大响声和地震，冲击风波引起构筑物损坏，易于出现较大损失和伤亡。

　　2.2发生冲击地压的地质及开采条件。各矿冲击地压的特点是煤质较坚硬，矿体围岩厚而坚硬，开采深度较大采煤方法多数是沿倾斜推长壁、型、漏斗和房柱法等，少数是沿走向推进的长壁、短壁和刀柱法等采空区处理方法多数是垮落法和多水平分区开拓。

　　2.3冲击地压发生的地点及影响范围。冲击地压多发生在采煤工作面的材料道、地质构造带，残留岛形或半岛形煤柱、三面采空的孤立采面、支承压力升高区内。在煤壁前方130m、煤壁后方40m、煤层下限60m的范围内，是冲击地压多发地点。

　　2.4冲击地压产生的因素。影响冲击地压发生的开采技术因素有采煤方法、采掘程序、顶板管理、煤柱大小、放炮等。

　　2.5选取防治冲击地压措施的原则。在掌握冲击地压显现特征，发生冲击地压条件的前提下，按照冲击地压发生的地点、影响范围及冲击地压产生的原因，对症下药，采取有效措施，借以减缓或防止冲击地压。但是，不同地方用同一技术措施的做法和效果不尽相同。一般说来，选取防治冲击地压技术措施的原则有3条：

　　2.5.1改变煤岩物理力学性质。目的在于减少煤岩弹性压缩势能的积聚，提高煤岩塑性变形能力，降低煤岩的脆性，减缓弹性能量的释放速度。具体措施有向煤体内进行高压注水，打卸压钻孔放震动炮开保护层等。

　　2.5.2遥免或减少采掘空间围宕内的应力集中。目的在于减轻冲击地压破坏程度，具体的措施有适当掌握采面开采强度，降低集中应力系数加大巷道断面和支架可缩性，减少冲击地压所引起的巷道围岩变形破坏加强巷道底板控制，减缓巷道底鼓严格执行放炮安全措施，防止放炮诱出冲击地压而危及人身安全。

　　2.5.3加强矿压观测。提前预报有冲击地压危险的地段提前测出有冲击地压危险的地段，其方法有微震监测、地音监测、钻屑煤粉法及巷道变形量的观测等。

　　3、对冲击地压理论研究的展望

　　3.1由于冲击地压问题的复杂性，冲击地压发生机理的研究进展仍比较缓慢，人们对冲击地压理论的认识经历了强度理论到刚度理论、能量理论、冲击倾向性理论，近十年又创立了“三准则”理论和变形系统失稳理论。

　　预测预报方法主要有：综合指数法(危险程度分析与早期预报)、钻屑法(局部监测方法)、微震法(区域性监测方法)、地音法即声发射法(局部监测预报方法)、电磁辐射(局部监测预报方法)。

　　3.2三准则”理论是对强度理论、刚度理论和能量理论的综合;变形系统失稳理论是对强度、刚度和能量理论的更深入总结和发展，用这两种理论可以对冲击地压发生的条件进行数值模拟，但“三准则”理论不具备可操作性，变形系统失稳理论在必要条件上还不够具体;突变理论本质上也是对能量、强度和刚度理论的进一步发展，但对冲击地压发生的充要条件还解释不够;分形理论只是一种可预测性和相关性的研究尚未上升到机理上的认识;“三因素”理论不是独立的理论，它是对冲击倾向理论和能量理论的综合与发展。

　　3.3此外，煤岩体在外载荷作用下所发生的流变特性也是导致其发生破坏和形成冲击动力现象的一个主要影响因素。实际上，煤矿井下层状煤岩体受到集中应力的作用，在某一时期内，这种应力状态是相对稳定的，使煤岩体发生稳定蠕变，不会导致其破坏和形成冲击地压。而在另一时期，由于受采掘活动的影响改变了煤岩体的受力状态，使其发生非稳定或亚稳定蠕变，并经过一定时间的加速蠕变而失稳破坏形成冲击地压。因此，研究煤岩体发生的冲击地压也应当从煤岩体发生的流变特别是蠕变损伤这一角度来开展工作，况且国内外在这方面的研究并不多见。

　　4、对国内外煤矿冲击地压防治措施及预测预报研究现状的评述

　　4.1冲击地压防治措施的基本原理。国内外学者共同的观点认为要防治煤矿冲击地压和岩土工程中的岩爆，必须从改变煤岩体的应力状态和它们本身的物理力学性质上着手。

　　4.2冲击地压的防治措施。结合冲击地压发生的机理和防治措施的基本原理，国内外提出和实践了众多的防治煤岩体发生冲击地压和岩爆的措施。这些措施的实质就是利用各种技术途径，人为地改变煤岩体中的应力状态和其物理力学性质，进而达到防治冲击发生或减少发生的次数及强度的目的。

　　煤层注水是我国最早采用的措施之一。此外还采用了在煤体中开槽卸压、诱导爆破和钻孔卸压等防治措施。目前国内外防治冲击地压的措施主要有煤岩体注水、钻孔卸压、深孔松动爆破、卸载诱导爆破、煤岩体掏槽卸压、顶板预断裂、巷道切槽卸压、加固软煤层、加强采掘支护、开采保护层、合理选择开采方法和安排采掘设计及工艺进度等。