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冲击地压预测与控制体系(一)

冲击地压是采动诱发高强度的煤（岩）弹性能瞬时释放，在相应采动

空间引起强烈围岩震动和挤出的现象。是我国煤矿常见的重大事故灾

害。冲击地压引起人员伤亡和设备损坏，不仅发生在推进的工作面现

场，而且可能波及弹性释放范围的巷道、峒室，特别是存在应力集中

的空间部位。迄今为止，冲击地压的控制处在统计管理与条理决策阶

段，没有形成冲击地压的防治理论、监测方法及控制决策的一体化体

系。本文基于对冲击地压发生的机理，对冲击地压事故进行了分类，

提出了冲击地压事故预测与控制动力信息基础，形成了实用的冲击地

压预测控制的体系。

1冲击地压发生的原因及实现的条件

具有冲击倾向的煤（岩）层，受构造运动和采场推进影响而形成的高

度应力集中和高能级的弹性变形能的储存，是冲击地压发生的根本原

因。没有采取释放应力和能量的措施，在可能有高应力集中和高能级

弹性能释放的区域推进采掘工作面，是冲击地压得以实现的条件。

有冲击倾向的高强度煤（岩）中储存的高能级弹性能，包括煤（岩）

受构造运动挤压储存的弹性能、坚硬顶板条件下大面积推进采场聚集

的压缩弹性能及高强度大厚度坚硬岩层大面积悬露的弯曲变形弹性能。

因此，了解煤田构造运动的历史和残余构造应力的现实分布，掌握具

体煤层条件下不同开采方法、不同开采参数和不同开采程序，对煤（岩）

应力和能量积聚和释放的影响，是冲击地压预防的关键1,2]。

2冲击地压的分类及其发生和破坏的特点

冲击地压是一种复杂的矿山动力现象。其形成的力学环境、发生的地

点、宏观和微观上的显现形态多种多样，冲击破坏强度和所造成的破

坏程度也各不相同。由于冲击地压发生的机理存在不同的理论，有各

自不同的发生条件和判别准则。客观上不同矿井的冲击地压的成因和

显现特征也不同，即使同一矿井，由于地质构造（变化）、开采条件和

开采方法的差异，也使得冲击地压的成因、性质、特征、震源部位和

破坏程度不同。综上所述，冲击地压存在不同的种类，不能用同一机

理去解释不同冲击地压的成因和现象，更不能用单一方法或措施去预

测和防治冲击地压。通过对我国冲击地压严重的矿井进行案例分析，

综合冲击地压案例研究成果，将冲击地压分为巷道发生的冲击地压与

工作面发生的冲击地压两类。

(1)掘进冲击地压发生的条件和破坏的特点

掘进冲击地压发生在掘进工作面推进的过程中。其中，在原始应力场

中掘进煤巷发生冲击的条件是：

1)煤层强度较高、含水率低，加压时发生脆性破坏，即有“冲击倾向性”。

2)巷道围岩中的应力达到冲击破坏的极限。在单一重力应力场条件下达

到这一极限的“临界开采深度”，一般在700－800m以上。对于存在构

造应力的原始应力场，在开采深度超过500－600m的厚煤层中掘进，

即有可能出现顶煤冲击破坏的事故。

在受采动影响的应力场中掘进巷道，发生冲击地压的煤层条件和应力

极限要求与原始应力场中掘进的巷道一样。但考虑极限应力实现的条

件时，不能再只是简单的与原始应力的性质大小和相应的开采深度联

系在一起。相反必须把掌握不同开采深度和不同采动条件下，重新分

布的应力场特征及其形成和发展规律放在首要的地位。

(2)回采冲击地压发生条件和破坏的特点

回采冲击地压发生在回采工作面推进的过程中。回采冲击地压发生的

条件是：煤层具有“冲击破坏的倾向”，煤层和上覆岩层中积聚的应力和

弹性，能达到足以产生冲击震动和围岩破坏的极限。回采工作面冲击

地压的力（能）源，包括煤层在大面积悬露的上覆岩层压力作用下被

压缩弹性能，和高强度大厚度坚硬顶板弹性弯曲变形储存的弹性能。

煤层埋藏深度及由高强度坚硬顶板所决定悬露面积愈大，相应的能级

将愈高。

采动诱发和顶板自身裂断破坏诱发和释放的能量愈高，波及的范围将

愈大，工作面及相临巷道中的冲击破坏也将愈严重。

回采工作面推进过程中发生的冲击地压，包括工作面采动或老顶裂断

诱发煤层压缩弹性能释放及处于大面积弹性弯曲状态的厚煤层坚硬顶

板裂断，造成的冲击地压两种类型。