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冲击地压防治 2006年11月3日 14130 世界上几乎所有国家都不同程度地受到冲击地压的威胁。 1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击地压现象。以后在前苏联、南非、德国、美国、加拿大、印度、英国等几十个国家和地区，冲击地压现象时有发生。 在我国，冲击地压最早于1933年发生在抚顺胜利煤矿。以后，随着开采深度的增加和开采范围的不断扩大，北京、抚顺、枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井，都先后有冲击地压现象发生。随着开采深度的不断增加，冲击地压的危害将更加突出。 一 、冲击地压发生的机理 冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，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。它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。 1992年以前，我国有50余个煤矿发生了冲击地压。比较突出的有北京矿务局门头沟煤矿、抚顺矿务局龙风煤矿、枣庄矿务局陶庄煤矿、大同矿务局忻州窑煤矿、四川省天池煤矿和新汶矿务局华丰煤矿等。 （一）我国煤矿冲击地压显现具有如下特征 1、突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间为几秒到几十秒。 2、一般表现为煤爆煤壁爆裂、小块抛射。浅部冲击 发生在煤壁2m～6m范围内，破坏性大和深部冲击发生在煤体深处，声如闷雷，破坏程度不同。最常见的是煤层冲击，也有顶板冲击和底板冲击，少数矿井发生了岩爆。在煤层冲击中，多数表现为煤块抛出，少数为数十平方米煤体整体移动，并伴有巨大声响、岩体震动和冲击波。 3、具有破坏性。往往造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、人员伤亡。 4、具有复杂性。在自然地质条件上，除褐煤以外的各煤种，采深从200m～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层厚度从薄层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等，都发生过冲击地压；在采煤方法和采煤工艺等技术条件方面，不论水采、炮采、普采或是综采，采空区处理采用全部垮落法或是水力充填法，是长壁、短壁、房柱式开采或是柱式开采，都发生过冲击地压。只是无煤柱长壁开采法冲击次数较少。 （二）冲击地压的分类 冲击地压可根据应力状态、显现强度和发生的不同地点和位置进行分类。 1、根据原岩煤体的应力状态分类 1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。如枣庄、抚顺、开滦等矿区发生的冲击地压。 2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，如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压。 3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。 2、根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，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。煤或岩石向已采空间抛出，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2.2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2.3级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击波。 3、根据震级强度和抛出的煤量分类 1轻微冲击抛出煤量在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强烈冲击抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。 一般面波震级Ms1时，矿区附近部分居民有震感；Ms2时，对井上下有不同程度的破坏；Ms2时，地面建筑物将出现明显裂缝破坏。 4、根据发生的地点和位置分类 1煤体冲击。发生在煤体内，根据冲击深度和强度又分为表面、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。 三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图1。由于平行于层面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，即系统内所储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分证实，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实验所确定的极限值。可利用一些试验或实测指标对发生冲击矿压可能程度进行估计或预测，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。 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分必要条件。 4、失稳理论 近年来，我国一些学者认为根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能力是增大的，介质是稳定的；在下凹软化阶段，由于外载超过其峰值强度，裂纹迅速传播和扩展，发生微裂纹密集而连通的现象，使其抗变形能力降低，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。虽然有时外载未达到峰值强度，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。这种静疲劳现象，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。 （四）冲击地压的影响因素 1、地质因素 主要包括开采深度、地质构造、煤岩结构和力学特性等。 开采深度的加大使地应力值增加。一般在达到一定开采深度后才开始发生冲击地压，此深度称为冲击地压临界深度。临界深度值随条件不同而异，一般大于200 m，总的趋势是随采深增加，冲击危险性增加。这主要是由于随采深增加，原岩应力增大的缘故。 地质构造如褶曲、断裂、煤层倾角及厚度突然变化等也影响冲击地压的发生。宽缓向斜轴部易于形成冲击地压；断裂如是一个开采边界，若回采方向朝向断层面，则冲击危险增加；煤层倾角和厚度局部突然变化地带，实际是局部地质构造应力积聚地带，因而极易发生冲击地压。 煤岩结构及性能也是冲击地压影响的主要因素。坚硬、厚层、整体性强的顶板老顶，易形成冲击地压；直接顶厚度适中、与老顶组合性好、不易冒落，冲击危险较大；煤的强度高、弹性模量大、含水量低、变质程度高、暗煤比例大，一般冲击倾向较强。 2、开采技术因素 开采多煤层时，任何造成应力集中的因素，如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开采错距不合适等，均对防治冲击地压不利。从防治冲击地压的角度而言，璧式开采优于柱式开采，旱采优于水采，直线工作面优于曲线工作面，冒落法优于充填法。煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素，应尽量避免和减少这些因素的有害影响。 国内外大量实践表明，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序如爆破、冒顶、采煤等而发生，这些因素称为诱导因素。诱导因素本身的能量可能很小，但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。因而，诱导因素也是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。 二、冲击地压的预报 （一）WET法 该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总院规定WET5为强冲击倾向；2WET5为弱冲击倾向； WET2为无冲击倾向。该方法虽存在一些不足之处，但基本适于我国情况，可作为煤层冲击倾向鉴定指标之一。 （二）弹性变形法 它是前苏联矿山测量研究院提出的用于测定冲击地压的方法。即在载荷不小于强度极限80％的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与总变形量之比K，作为衡量冲击倾向度的指标。当K≥0.7时，有发生冲击地压的危险。 三 煤岩强度和弹性系数法 该方法是用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，作为衡量冲击倾向度的指标。这种方法较为简单，经常用作辅助指标。其指标的界限值必须根据各矿井的试样进行试验确定。 我国煤矿安全规程中规定“开采冲击地压煤层时，冲击危险程度和采取措施后的实际效率，可采用钻粉率指标法、地音法、微震法等方法确定”。 1、钻粉率指标法 钻粉率指标法又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径42mm～45mm钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。 2、地音、微震监测法 岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射亦称为地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的能量释放过程。由此可知，地音监测法的原理是，用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。根据测得的地音波或微震波的变化规律与正常波的对比，判断煤层或岩体发生冲击倾向度。 [例51]山东肥城矿务局陶庄煤矿用微震仪研究了发生冲击矿压的规律，结论为微震由小而大，间有大小起伏，次数和声响频繁；在一组密集的微震之后变得平静，是产生冲击矿压的前兆现象；稀疏和分散的微震是正常应力释放现象，无冲击危险。 根据震相曲线和地震学的知识，则可以计算出发生冲击地压的震源位置。由于各种煤岩体的地音和微震特性不同，并且又具有不均质性和各向异性等特点，其传播速度有很大差异。此外，各处的地质和开采条件也不相同，矿井下又常有强烈的环境噪音干扰，地音或微震信号在煤岩体中产生和传播情况将是很复杂的，可能产生多次的反射、折射和绕射，还可能发生波型变换等现象。因而在使用中应注意与其他预测方法综合使用，特别是与钻屑法综合使用，以保证预测的准确性。 （四）工程地震探测法 用人工方法造成地震，探测这种地震波的传插速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析、判断发生冲击地压的倾向度。 （五）综合测定法 为了能够更准确地判断出发生冲击地压的地点和时间，可同时采用上述两种以上的方法，根据多因素的变化，综合加以确定。国内外常使用的是钻屑法、地音监测法、地质及开采技术条件分析的综合方法。 三、冲击地压的防治 根据发生冲击地压的成因和机理，防治冲击地压的措施的基本原理有两方面一是降低应力的集中程度；二是改变煤岩体的物理力学性能，以减弱积聚弹性能的能力和释放速率。 （一）降低应力的集中 减弱煤层区域内的矿山压力值的方法有 1、超前开采保护层； 2、无煤柱开采，在采区内不留煤柱和煤体突出部分，禁止在邻近层煤柱的影响范围内开采； 3、合理安排开采顺序，避免形成三面采空状态的回采区段或条带和在采煤工作面前方掘进巷道，必要时应在岩石或安全层内掘进巷道，禁止工作面对采和追采。 二采用合理的开拓布置和开采方式 实践表明，合理的开拓布置和开采方式对于避免应力集中和叠加，防止冲击地压关系极大。大量实例证明，多数冲击地压是由于开采技术不合理而造成的。不正确的开拓开采方式一经形成就难于改变，临到煤层开采时，只能采取局部措施，而且耗费很大，效果有限。所以，合理的开拓布置和开采方式是防治冲击地压的根本性措施。其主要原则是 1、开采煤层群时，开拓布置应有利于保护层开采。首先开采无冲击危险或冲击危险小的煤层作为保护层，且优先开采上保护层。例如抚顺、辽源等煤矿，属厚煤层上行水砂充填法开采。作为保护层的第一分层开采都尽量布置在冲击危险性小的煤层中进行。西安矿为了发挥上保护层的作用改变自下而上的分层开采顺序，首先开采顶分层作为保护层，采完顶分层后再反过来自下而上开采其他各分层，甚至改用下行金属网分层假顶全部垮落法开采。 2、划分井田或采区时，应保证合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中区。因为煤柱承受的压力很高，特别是岛形或半岛形煤柱，要承受几个方面的叠加应力，最易产生冲击地压。上层遗留的煤柱还会向下传递集中压力，导致下部煤层开采时也易发生冲击地压。统计资料表明陶庄煤矿回收煤柱时发生的冲击地压占全矿冲击次数的29.8％；唐山煤矿、城子煤矿约占50％。龙风煤矿实际资料抽样分析表明，两侧为采空区的工作面在回采过程中，冲击地压发生次数显著增多。 3、采区或盘区的采煤工作面应朝一个方向推进，避免相向开采，以免应力叠加。因为相向采煤时上山煤柱逐渐减小，支承压力逐渐增大，很容易引起冲击地压。例如陶庄煤矿272水采区五号上山西翼开采时，在上山附近发生了17次冲击地压。而且相向采煤又要被迫在高压力区中掘进开切眼，造成冲击地压频繁发生占总次数的60％。为了改变这种状况，提出实行单翼采区跨上山采煤的办法。并把单区段独立回采的开采程序改为多区段联合开采程序，使回采与掘进工作在不同区段中交替进行，能够实现沿采空区边缘低应力区掘进开切眼，避免了往高应力区掘进和维护回采开切眼的弊端。 4、在地质构造等特殊部位，应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序。在向斜和背斜构造区，应从轴部开始回采；在构造盆地应从盆底开始回采；在有断层和采空区的条件下应从断层或采空区附近开始回采的开采程序。龙风煤矿的统计资料表明，采掘工作面接近断层或向斜铀部附近时，冲击地压频度增加强度加大。随机抽样50例，其中与断层有关的36例，占72％，其中有62％的冲击地压发生在工作面接近断层时，只有10％发生在离开断层以后，而且34％的冲击地压发生在工作面接近断层5m～20m的范围内。 5、有冲击危险的煤层的开拓或准备巷道、永久硐室、主要上下山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险。回采巷道应尽可能避开支承压力峰值范围，采用宽巷掘进，少用或不用双巷或多巷同时平行掘进。对于水采区的回采开切眼应躲开高应力集中区，选在采空区附近的压力降低区为好。例如，唐山煤矿十一水平5287 北区发生的32次冲击地压，有12次发生在回采前的巷道维修过程中，3次发生在高应力区新掘巷道时，7次发生在受采动影响的巷道。砚石台煤矿冲击地压大多数发生在支承压力影响区的掘进工作面，其中双巷平行掘进时发生的次数最多，占 46.2％。城子煤矿回收八层250m水平西护巷煤柱的前后两次经验教训值得借鉴1971年回收时按常规布置方法，造成严重的冲击地压伤亡事故，被迫停采封闭；时隔近20年后再进行回收时，采用底板集中大巷、分区小石门进入煤层，以及避开应力峰值送巷、宽巷掘进等开采方式，仅历时11个月就安全回收该煤柱，取得了较好的经济效益和社会效益。 6、开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤柱垮落法管理顶板的长壁开采方法。回采线尽量是直线且有规律地按正确的开采速度推进。经统计，1992年以前，全国发生冲击地压的50余对矿井中，有水采、综采、分层开采、正规和非正规开采方法等多种情况。分析表明，不同的采煤方法，其矿山压力的分布也不相同。 房柱式等柱式采煤法，由于掘进的巷道多和在采空区遗留的煤柱多、顶板不能及时充分地垮落，造成支承压力较高。在工作面前方掘进巷道势必受到叠加压力的影响，增加了危险性。 水力采煤法虽然系统简单、高效，但遗留的煤垛在采空区形成支撑，顶板不能及时、规则地垮落，又要经常在支承压力带开掘水道和枪眼，加之推进速度快，开采强度大，易造成大面积悬顶的危害，导致发生冲击地压。所以，水采矿井要改进开采设计。 采用长壁式开采方法，有利于减缓冲击地压的危害。 倒台阶采煤法由于工作面不成一直线，在台阶部位形成高应力集中，则易导致发生冲击地压。 砚石台煤矿在采用走向长壁式采煤法时，没有发生过冲击地压，仅出现过煤炮声；而改用倒台阶工作面回采时，经常发生冲击地压，且大多数发生在台阶上隅角，约占回采时冲击地压总次数的90％，不仅次数多，而且强度也大，平均每次冲出煤炭 130t以上。 7、顶板管理尽量采用全部垮落法，工作面支架应采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。统计表明采用非正规采煤法的采区冲击地压次数多、强度大；水力充填次之；全部垮落法次数少且强度弱。我国发生冲击地压的煤层其顶板大多又厚又硬，不易垮落。采用注水、爆破等方法，使顶板弱化或垮落，能够减缓冲击地压。在有冲击地压的矿井中，有6个采用水砂充填方法管理顶板，并不能避免冲击地压的发生。例如抚顺煤矿特厚煤层的顶板，虽为较软的厚层油母页岩，采用水砂充填上行分层开采，但第一分层开采时，冲击地压仍较严重。除煤层性质外，厚层油母页岩老顶的整体弯曲下沉是造成煤层边缘的高应力集中的重要因素。根据抚顺、阜新等煤矿冲击地压危害情况，伤亡事故主要由于冲击震动推倒或折断支架，造成片帮和冒顶伤人。所以冲击危险工作面必须采取特殊的支护形式，加强支护，提高支架的整体性和稳定性。 三冲击地压的解危措施 在煤层开采中，生产地质条件极为复杂。往往由于人们对冲击地压发生条件不能完全掌握，造成开拓布置和开采方式不合理，没有预先采取防范措施或防范措施不完善，不可避免地形成局部煤层地段的高应力集中和冲击地压危险。因此，在煤层开采过程中必须对这些地段进行及时处理，以保证安全生产。这种对已形成冲击危险或具有潜在冲击危险地段的处理措施称为解危措施。它属于暂时的局部性措施，包括煤层爆破卸压、钻孔卸压和诱发爆破等。 按照冲击地压发生的强度条件和能量条件，工作面附近煤层被顶底板紧紧地夹持着，承受极高的载荷，虽并未破碎，却积聚大量的变形能。这时煤体和围岩形成的三轴压缩应力与矿山压力处于临界平衡状态。采取的各种卸压解危措施，正是为了减缓这种临界状态，把夹持状态下煤层的侧向约束解除掉，使已形成的局部高压力分散转移到较广区域。由于卸压措施造成煤体局部破裂，降低了强度，应力重新分布，从而释放或降低了煤岩体中的弹性能，使工作面前方一定范围内成为安全区。 1、爆破卸压 爆破卸压是指对形成冲击危险的煤体，用爆破方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。实施爆破卸压应采取深孔爆破方法，孔深应达到支承压力峰值区。装药位置越靠近峰值区，炸药威力越大，爆破解除煤层应力的效果越好。该法适用于顶板比较完整的条件下或作为煤层注水时的辅助措施。 爆破卸压能同时局部解除冲击地压发生的强度条件和能量条件，即在有冲击地压危险的工作面卸压和在近煤壁一定宽度的条带内破坏煤的结构但不落煤，使它不能积聚弹性能或达不到威胁安全的程度。这样在工作面前方形成一条卸压保护带，隔绝了工作空间处于煤层深处的高应力区。显然，从防治冲击地压的角度看，应用尽量多的炸药爆破出尽量宽的保护带，但实际上要达到这个目的，目前技术条件还不够。不过根据多年的观测实践证明，如果能保证在工作面前方和巷道两帮始终保持一个宽5m～10m的保护带，就能防止冲击地压的危害。 可以采用爆破断顶的方法进行爆破卸压，即在待采煤层隔离煤柱一侧的老采空区内，对采空区顶板内造成宽约6m、深约 6m～8m的断沟，用以削弱采空区与待采区之间的顶板连续性、减小待采煤层开采时的应力集中，以消除冲击地压危害。 爆破参数和施工工艺应按冲击地压煤层安全开采暂行规定确定。爆破断顶措施在门头沟煤矿的实际使用见图2中取得了一定的成效。在－230m水平二槽煤东区，有计划地共断顶五个已采区，总长约230m。断顶前在该区曾发生过两次冲击地压，断顶后则未曾发生。在断顶前后进行的围岩变形观测和地音监测表明，断顶后围岩变形和地音指标均大幅度降低，证实了断顶效果。 爆破卸压属于内部爆破，主要物理作用是使煤层产生大量裂隙。试验表明，爆破使炮孔周围形成破碎区和裂隙区，破碎区远小于裂隙区。径向裂隙穿过切向裂隙，说明径向裂隙扩展在前，切向裂隙形成在后。炸药爆炸后，冲击波首先使煤体破裂。继之爆破产生气体进一步使煤体破裂，在气体压力作用下，煤体沿径向移动，形成切向拉应力，产生径向拉破裂。随着裂隙的扩展，气体通过裂隙扩散到煤体中，与煤体产生热交换。同时，气体的体积增大，而温度和压力下降。当裂隙前端的应力强度因子小于断裂韧性时，裂隙停止扩展。当压力小于临界值时，因原先受压贮存于煤体中的弹性能释放，使煤体向炮孔中心移动，在煤体中产生径向拉伸作用，导致切向破裂。但径向裂隙的扩展远大于切向裂隙。造成煤层性质变化的主要因素是径向裂隙。 根据弹塑性理论，把采煤工作面简化为平面应变的力学模型。以龙风煤矿采煤工作面为例的计算结果表明，爆破卸压使煤壁前方的支承压力重新分布，应力梯度变小，峰值压力移往煤体深部7m以远屈服区，比爆破前增大近一倍，能量密度明显减小。 综上所述，爆破卸压在煤体中产生大量裂隙，使煤体的力学性质发生变化，弹性模量减小，强度降低，弹性能减少，破坏了冲击地压发生的强度条件和能量条件。由于煤体内裂隙的长度和密度增加，按照失稳理论，还具有致稳作用和止裂作用，防止了冲击地压发生。 实施爆破卸压前必须先进行钻屑法检测，确认有冲击危险时才进行爆破卸压，爆破以后还要用钻屑法检查卸压效果。如果在实施范围内仍有高应力存在，则应进行第二次爆破，直至解除冲击危险为止。 为了安全生产，通过爆破卸压在工作面前方和巷道两帮形成一个有足够宽度大于3倍采高的卸压保护带。所以，对巷道两帮，爆破卸压的深度应等于保护带宽度；对采煤工作面，爆破卸压的深度应等于保护带宽度加上工作面进度。 爆破孔的孔深取决于卸压深度。由于孔深药量多，为保证殉爆可用导爆索连接加强引爆，使药卷能装到孔底，可先把药卷装在软管里或用非金属材料绑扎后进行装药。爆破孔布置方式应根据具体条件确定。通常用煤电钻打眼，孔径50mm～55mm，孔间距4m～10m，每孔装药量按不超过孔深一半计算，一般为1.5k8～3.5kg。钻孔不装药部分必须填满水炮泥或黏土炮泥。躲炮距离100m～150m，躲炮时间30min～40min。 门头沟煤矿、龙凤煤矿、天池煤矿等都成功地使用爆破卸压方法，取得良好的效果。 天池煤矿的爆破卸压参数为孔深4m～8m，孔间距3m～6m，孔径50mm～55mm用φ42mm钻头，每孔装药量1.0kg～3.5kg,瞬发雷管引爆6m以上深孔装两发雷管，炮泥封孔。 龙风煤矿进行爆破卸压时，用普通煤电钻打眼，φ42mm钻头。按垂直煤壁方式布孔。钻孔倾向与工作面顶板线一致。孔深4m～６m，孔间距3m～5m。每孔装药量1.0kg～1.4kg，黄泥封孔，填满填实。瞬发雷管起爆，在孔底药卷中加一段煤矿安全型导爆索，每次起爆二孔也可多孔起爆。 城子煤矿的-250m水平八层西大巷煤柱，由于采取爆破卸压等措施得当，安全回收全部煤柱，没有发生冲击地压事故。该煤柱在1971年曾回收过，由于冲击地压严重，并造成人员伤亡事故而被迫停采封闭。时隔近20年后煤柱已是四面采空的孤立煤柱，再进行回收存在着冲击地压和垮顶的严重威胁，在回收过程中严格执行每循环都进行超前爆破卸压的措施。开切眼掘进时就开始进行超前爆破卸压，孔数3个～4个，孔深4m～5m。采煤工作面沿倾向方向每5m布置一个爆破卸压孔，孔深为循环进度的3倍。每孔装药量3个～5个药卷0.5kg～1.0kg。卸压炮眼与工作面落煤炮眼同时起爆，取得较好效果。 2、诱发爆破 诱发爆破是在监测到有冲击危险的情况下，利用较多药量进行爆破，人为地诱发冲击地压，使冲击地压发生在一定的时间和地点，从而避免更大损害的一种解危措施。 实行诱发爆破必须慎重行事。作为辅助手段，诱发爆破只有在存在严重冲击危险的情况下，其他方法无效或无法实施时才应用。实施地点多用于煤柱回收时，与钻屑法检测孔配合互用。孔距2m～5m，孔深按冲击危险区范围确定。可平行走向或倾斜布置，也可混合布置。一般采用深孔爆破法，钻大量较长的钻孔直达高应力带。采用大药量、集中装药和同时引爆的方法，以便使煤岩体强烈震动，诱发冲击地压，或造成煤体强烈卸压、释放能量，把高应力带移向煤体深部。集中爆破的药量越多，诱发冲击地压的可能性越大。因为这样在煤体中造成的动应力就大，动应力叠加在原来存于煤体中的静应力上的总和越大，超过临界应力值机会就愈多，就会诱发冲击地压。 实施诱发爆破应按煤矿安全规程的有关规定施工。实施前必须采用钻屑法确定冲击危险地点，加固支架，掩护或撤出机械设备及电缆工具等。爆破时必须设专人警戒所有通往爆破地点的通道。躲炮半径不得小于150m，躲炮时间30min以上。 天池煤矿、门头沟煤矿等都应用过诱发爆破。天池煤矿在采掘过程中，特别是回收煤柱时，始终坚持以爆破卸压为主，诱发爆破为辅的措施。诱发爆破参数视具体情况而定。一般孔径为 50mm～60mm，孔深6m～8m以上，每孔装药量2kg～3kg以上，孔间距2m～3m。炮泥封孔，填满填实。瞬发雷管，同时引爆。门头沟煤矿1980年开始试验应用诱发爆破，其钻孔布置方式在正规煤柱支撑法工作面为平行煤层走向或倾向布置，孔深为煤柱宽度的3/4。在非正规工作面如残柱式回采，视煤柱尺寸进行布置，但孔深均不超过煤柱宽度的3/4。诱发爆破后要及时回采，不要停留过长时间不超过一个月，以防能量重新积聚，产生新的冲击危险。 诱发爆破应作为爆破卸压的辅助手段，用于特殊情况下。其效果是有限的，不能保证按时诱发，有时一小时后才发生冲击地压。而且大药量同时引爆，必然造成一定程度的破坏作用。所以要慎重行事，有限度地使用。 3、改变煤层的物理力学性能 改变煤层的物理力学性能主要有高压注水、放松动炮和钻孔槽卸压等方法。 1高压注水是通过注水，人为地在煤岩内部造成一系列的弱面，并使其软化，以降低煤的强度和增加塑性变形量。注水后，煤的湿度平均增加1.0％～2.2％时，可使其单向受压的塑性变形量增加13.3％～14.5％。 2放松动炮，是通过放炮人为地释放煤体内部集中应力区积聚的能量。在采煤工作面中使用时，一般是在工作面沿走向打 4m～6m深的炮眼，进行松动爆破。它的作用是可以诱发冲击地压和在煤壁前方经常保持一个破碎保护带，使最大支撑压力转入煤体深处，随后即便发生冲击地压，对采煤工作面的成胁也大为降低。 3钻孔槽卸压是用大直径钻孔或切割沟槽使煤体松动，以达到卸压效果。卸载钻孔的深度一般应穿过应力增高带，在掘进石门揭开有冲击危险的煤层时，应距煤层5m～8m处停止掘进，使钻孔穿透煤层，进行卸压。 此外，还可依靠选择最佳采煤方法、回采设备、开采参数和工作制度等方法，局部降低煤层边缘的冲击危险程度。例如，当开采有冲击危险的单一煤层时，应采用直线式长壁工作面的前进式采煤方法，并在巷道侧不留煤柱。对有冲击危险的厚煤层，应采用倾斜分层长壁式采煤方法。上分层的开采厚度应当最小。 开采有冲击危险的煤层时，无论是在采煤工作面还是在掘进工作面中，都应采用支撑力大的可缩性金属支架。 综上所述可以认为，在现有技术水平下对冲击地压认真地进行测定和预报工作，并针对具体情况采取有效的防治措施，完全可以消除或大大减少冲击地压事故。 四、开采有冲击地压煤层时应注意的问题 1、开采有冲击地压煤层的矿务局公司、煤矿都应有专人负责防治冲击地压的工作。应装备微震、地音监测等装备，进行冲击地压预测预报工作。 2、开采有冲击地压的煤层，必须编制设计，报矿务局公司、矿总工程师批准。有冲击地压的煤层中，掘进工作面临近大型地质构造、采空区和通过其他集中应力区以及回收煤柱时，必须制订措施，报矿总工程师批准。 3、开采有冲击地压危险煤层的工作人员，都必须接受有关防治冲击地压基本知识的教育，熟悉冲击地压发生的原因、条件和征兆以及应急措施。防治冲击地压的措施中，必须规定发生冲击地压时的撤人路线。每次发生冲击地压后，必须组织人员到现场进行调查，记录好发生前的征兆、发生经过、有关数据及其破坏情况，并制订恢复工作的防治措施，报矿务局公司、矿总工程师批准。 4、有严重冲击地压煤层在开拓时，应在岩层或无冲击地压的煤层中掘进集中巷道。开采时，在采空区不得留有煤柱。如果在采空区留有煤柱，必须将煤柱的位置尺寸以及影响范围标在采掘工程图上。永久硐室不得布置在有冲击地压的煤层中。 5、开采煤层群时，首先开采无冲击地压或弱冲击地压煤层作为保护层，开采保护层后，在被保护层中确实受到保护的地区，可按无冲击地压煤层进行采掘工作。在未受保护的地区，必须采取放顶卸压、煤层注水、打卸压钻孔、超前爆破松动煤体或其他防治措施。 开采有严重冲击地压的单一煤层和无保护层可采的煤层时，必须采取规定的防治冲击地压的措施。 6、保护层有效范围的划定方法和保护层回采的超前距离，应根据对矿井实际考察的结果确定。 7、开采有冲击地压煤层时，冲击危险程度和采取措施后的实际效果，都可采用钻屑法、地音法、微震法或其他方法确定。对有冲击地压危险的煤层，可根据预测预报等实际考察资料和积累的数据。划分煤层的冲击地压危险程度等级，以便按其等级制定冲击地压的综合防治措施。 8、对有冲击地压的煤层，应根据顶板岩性掘进宽巷或沿采空区边缘掘进巷道，巷道支护应采用可缩性支架，严禁采用混凝土、金属等刚性支架。 9、有严重冲击地压的厚煤层中，所有巷道都应布置在应力集中圈外。煤巷双巷掘进时，2条平行巷道之间的煤柱不得小于 8m，联络巷道应与2条平行巷道成直角。 10、开采有冲击地压的煤层，应用垮落法控制顶板，并提高切顶支架的工作阻力，采空区中所有支柱必须回净。 11、有冲击地压的煤层中，在1个或相邻的2个采区中，同一煤层的同一分阶段，在应力集中的影响范围内，不得布置2个工作面同时相向或向背回采。如果2个工作面相向掘进，在相距30m时，必须停止其中一个掘进工作面，以免引起严重冲击危险；停产3d以上的采煤工作面，恢复生产的前一班，应鉴定冲击地压危险程度，以便采取安全措施。 12、严重冲击地压的煤层中，采掘工作面的爆破撤人距离和爆破后进人工作面的时间，必须在作业规程中明确规定。 13、三面或四面被采空区所包围的地区和构造应力区、进行回采和回收煤柱时，必须制订防治冲击地压的安全措施，报矿总工程师批准。 素材来源山东科技大学 资环学院 尹增德