我国煤矿冲击地压防治的几个关键问题_齐庆新.pdf

Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 2020 年 2 月 22 日，山东能源集团龙堌煤矿发 生冲击地压事故， 造成 4 人死亡， 使煤矿冲击地压问 题又一次处在风口浪尖上。这是因为 2018 年 10 月 20 日发生在山东能源集团龙郓煤矿的冲击地压事 故， 造成 21 人死亡， 已引起全国人民的关注， 震惊了 党中央， 而时隔不到 2 年， 在 2019 年 6 月 9 日吉林 煤业集团龙家堡煤矿死亡 9 人的冲击地压事故、 2019 年 8 月 2 日开滦集团唐山煤矿死亡 7 的冲击 地压事故之后，又发生今年龙堌煤矿的冲击地压事 故，并且这次事故正处在全国人民共同抗击新型冠 状病毒肺炎的关键时刻。因此，冲击地压已成为影 响我国煤矿安全生产最为主要的灾害形式。事实 上，在全国煤矿安全生产状况得到根本性好转的今 基金项目 国家自然科学基金资助项目 （51874176， 51704164） ； 国 家重点研发计划资助项目 （2017YFC0804200） 我国煤矿冲击地压防治的几个关键问题 齐庆新 1， 2， 赵善坤2， 3， 李海涛1， 2， 秦 凯 2， 3 （1.煤炭科学研究总院 深部开采与冲击地压研究院， 北京 100013； 2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 （煤炭科学 研究总院 ） ， 北京 100013； 3.煤炭科学技术研究院有限公司 安全分院， 北京 100013 ） 摘要 在全国煤矿安全生产状况基本取得根本性好转的大好形势下， 冲击地压灾害却成了影 响煤矿安全生产最为头疼的事。如何防止煤矿冲击地压的发生， 遏制灾害性冲击地压事故， 已成 为摆在煤矿生产企业和安全监管部门面前急需解决的问题。在分析我国冲击地压现状的基础 上， 概括地介绍了近年来我国在防治冲击地压过程中存在的认识问题、 法规执行问题、 重监测轻 防治问题、 防治缺乏针对性问题等关键问题， 给出了具体的表现形式， 并提出了解决这些问题的 具体对策， 为今后我国冲击地压防治提供参考。 关键词 冲击地压类型； 冲击地压矿井类型； 冲击地压监管； 冲击地压防治 中图分类号 TD324文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 10-0135-09 Several Key Problems of Coal Bump Prevention and Control in China’ s Coal Mines QI Qingxin1,2, ZHAO Shankun2,3, LI Haitao1,2, QIN Kai2,3 （1.Deep Mining and Rock Burst Research Institute, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China;2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization（China Coal Research Institute） , Beijing 100013, China;3.Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute, Beijing 100013, China） Abstract Under the good situation that the national coal mine safety production situation has basically improved, the coal bump disaster has become the most headache affecting the coal mine safety production. How to prevent the occurrence of coal bump and curb the disastrous coal bump accident has become an urgent problem to be solved in front of coal mine production enterprises and safety supervision departments. Based on the analysis of the current situation of coal bump in China, this paper briefly intro－ duced the key problems in the process of coal bump prevention and control in recent years, such as the cognition problems, the enforcement of laws and regulations, the emphasis on monitoring and the neglect of prevention and control, and the lack of perti－ nence in the prevention and control of coal bump in China. The specific s of manifestation were given and the specific coun－ termeasures to solve these problems were put forward, which will provide reference for the prevention and control of coal bump in China in the future. Key words type of coal bump; type of coal bump mine; coal bump supervision; coal bump prevention and control DOI10.13347/ki.mkaq.2020.10.021 齐庆新， 赵善坤， 李海涛,等.我国煤矿冲击地压防治的几个关键问题 ［J］ .煤矿安全， 2020,51 （10 ） 135-143， 151. QI Qingxin, ZHAO Shankun, LI Haitao, et al. Several Key Problems of Coal Bump Prevention and Control in China’ s Coal Mines［J］ . Safety in Coal Mines, 2020, 51 （10） 135-143, 151. 移动扫码阅读 135 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 天，冲击地压矿井数量却仍在不断增加，由其引起 的煤矿安全问题比以往任何时候都要严重，冲击地 压已成为社会公众关注的问题正因为如此， 2020 年 8 月 10 日国务院安全生产委员会下发了 “关于进 一步贯彻落实习近平总书记重要指示精神坚决防范 遏制煤矿冲击地压事故的通知” ，要求严格落实地 方政府属地管理责任、严格落实煤矿企业主体责 任、严格落实监管监察部门责任和严格落实国务院 安委会有关成员单位责任，深刻汲取冲击地压事故 教训， 坚决防范遏制煤矿冲击地压事故[1]。 为防范和遏制煤矿冲击地压事故的发生，提高 我国防治煤矿冲击地压的有效性，为此系统地论述 我国在冲击地压防治过程中存在的认识片面、简单 执法、重监测轻防治、防治缺乏针对性等几个关键 问题， 并进一步给出了针对性的解决途径与对策。 1我国煤矿冲击地压现状 众所周知， 我国是煤炭生产大国和消费大国， 煤 炭产量和消费量约占世界总量的 50左右。但同 时，我国也是世界上煤矿冲击地压最为严重的国 家， 冲击地压矿井数量达到 130 余座， 年产量达到约 4 亿 t。我国煤矿安全逐年变化情况如图 1， 我国冲 击地压矿井数量变化情况如图 2。 由图 1、 图 2 可以看出， 我国冲击地压矿井数量 的激增是在 2000 年以后煤炭开采强度不断增加、 开 采深度不断增加、 产量不断增加、 煤矿安全总体上不 断好转的大背景条件下发生的，这一方面充分体现 了冲击地压灾害的特殊性，同时也表明过去对冲击 地压灾害的重视不够。当然，这也可以理解为我国 煤矿深部开采的一种必然结果。 我国对冲击地压的研究起步于 20 世纪 70 年后 期， 尽管相继提出了 “三准则” 机理、 变形系统失稳 理论、“三因素” 机理、 强度弱化减冲机理、 应力控制 理论、冲击启动理论和冲击响应失稳理论等冲击地 压理论[2]， 也开展了微震、 地音、 采动应力及钻屑法 等冲击地压监测和保护层开采、 煤层卸载爆破、 煤层 大直径卸压钻孔、 煤层预注水、 顶板深孔爆破及水压 致裂等防冲技术， 但总体上对冲击地压的认识不够， 人力物力投入不足， 重视程度不够， 使得冲击地压灾 害时有发生。 2冲击地压防治的几个关键问题 冲击地压问题是岩石力学与工程中世界性难 题， 如何促进冲击地压问题的解决， 是包括我国煤矿 在内的世界各国采矿与岩石力学工作者不断研究和 探讨的问题。仅就我国煤矿冲击地压而言，虽然我 国与冲击地压灾害作斗争的历史已有近 90 年， 尤其 是近 10 年， 无论是在理论上还是的实践上， 都开展 了一些有益的探索，也取得了一定的成果，但冲击 地压事故在煤矿安全中更显突出，表明在冲击地压 防治中还存在一些关键问题需要解决。综合分析认 为， 这主要包括以下几个方面。 2.1认识片面问题 冲击地压作为煤矿开采过程中发生的一种特殊 动力灾害，因其发生突然、没有先兆、影响因素众 多、破坏严重等而成为采矿与岩石力学疑难问题。 也正因为如此，在冲击地压防治过程中，仍存在一 定的认识问题，从而影响了对冲击地压的防治及相 关问题的解决。从全国范围看， 存在 2 种认识误区， 即一种观点认为冲击地压是理论问题，而其理论无 外乎是滑移和失稳破坏，与地震发生理论没有本质 的区别， 从而认为冲击地压不可预测、 不可控制、 不 可治理； 另一种观点认为， 冲击地压就是强烈矿压的 具体体现， 控制了常规的矿压， 就控制了冲击地压的 发生， 因而认为冲击地压没有那么可怕， 是完全可以 预知、 可控可防的。事实上， 这 2 种观点都是片面 的， 均没有弄清冲击地压的本质。 图 1我国煤矿安全逐年变化情况 Fig.1Changes of coal mine safety year by year in China 图 2我国冲击地压矿井数量变化情况 Fig.2Variation of the number of coal bump mines in China 136 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 图 3冲击地压 4 种典型类型 Fig.3Four typical types of coal bump 对于煤矿冲击地压而言， 正确认识冲击地压， 尤 其是冲击地压的发生机理、类型和主控因素尤为重 要， 因为这些是冲击地压监测、 预警、 防治与防护的 基础。与地震、 矿震及岩爆不同[3]， 煤矿冲击地压是 特定煤岩结构材料在原岩应力和采动应力共同作用 下导致的以煤体突然破坏为典型特征的动力现象、 事件或事故[1]。 通过系统分析冲击地压发生机理认为，无论是 传统的强度理论、刚度理论、能量理论和变形系统 失稳理论，还是其它冲击地压理论，均是对冲击地 压发生必要条件的一种描述，截止目前还没有一个 冲击地压理论构成发生的充分必要条件，在冲击地 压监测预警和防治过程中的指导性较弱。同时， 进 一步分析影响煤矿冲击地压发生的众多因素认为， 包含煤岩冲击倾向性、外部应力环境以及煤岩层结 构在内的 “三因素” 理论， 能够为冲击地压防治工作 提供更为直观、 更具可操作性的指导。其中， 由于应 力对于冲击地压发生与否起到决定性的作用， 因 此，对于应力环境的有效控制，是衡量各种冲击地 压防治措施有效性的共同标准，也是冲击地压防治 工程实践中对煤层、坚硬顶板和底板开展相应处理 的最终目的。 对于冲击地压，其内涵的明确将是十分重要的 本质性问题。通常将冲击地压定义为一种动力现 象，而实际工程中却往往单纯地认定冲击地压与事 故等价， 这显然缺乏科学性。从工程实践角度看， 冲 击地压不仅仅包括冲击地压现象、冲击地压事故， 还应包括冲击地压事件。对于冲击地压现象，显然 是指煤岩体突然破坏所导致的弹射、 声响、 气浪、 震 动等系列行为，通常不造成人员伤亡、巷道不发生 较大破坏、 设备设施无损坏、 财产无损失等； 而冲击 地压事故更为显而易见，主要以造成人员伤亡、 巷 道破坏、 设备设施损坏、 财产损失等为主要特征； 对 于冲击地压事件则有必要单独说明，其主要指介于 冲击地压现象和冲击地压事故之间的一种冲击地压 表征形式，通常破坏范围大于冲击地压现象而小于 冲击地压事故， 但破坏范围不大、 设备设施不损坏、 财产损伤较小。而在冲击地压矿井中，即便只发生 了冲击地压现象，也应当引起高度重视，避免进一 步发展成冲击地压事件甚至是冲击地压事故。 在冲击地压防治中， 对于具体矿井条件而言， 应 在基本弄清冲击地压发生机理的基础上，确定本矿 井的冲击地压类型和冲击地压矿井类型。这是因 为，冲击地压类型以及冲击地压矿井类型的不同， 其对应的防治方法也将不同，防治的难度也存在差 异。针对我国煤矿冲击地压特点和冲击地压矿井条 件， 将冲击地压类型划分为煤层材料失稳型、 煤层结 构失稳型、顶板断裂型和断层滑移错动型等 4 种类 型[4]， 冲击地压 4 种典型类型如图 3。将冲击地压矿 井类型划分为浅部冲击地压矿井、深部冲击地压矿 井、坚硬顶板冲击地压矿井、构造冲击地压矿井和 煤柱冲击地压矿井等 5 种类型[5]。 137 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 对于煤矿冲击地压而言，形成科学的认识至关 重要，只要正确看待冲击地压问题，弄清冲击地压 机理、类型和冲击地压矿井类型，实现思想认知对 头、 监测防治对路、 安全防护到位、 现场管理对症， 具体矿井的冲击地压问题基本上都可以得到解决， 能够实现冲击地压的可测、可防、可治，达到少伤 人、 不伤人的目的 2.2法规执行问题 鉴于冲击地压灾害防控形势日趋严峻以及科学 技术的发展， 原煤炭工业部 1987 年发布的 冲击地 压煤层安全开采暂行规定和冲击地压预测和防 治试行规范已无法适应新形势下的冲击地压监察 工作。 在 2016 年发布的新版 煤矿安全规程 中对冲 击地压防治进行了全面修改， 并单独成为 1 个章节， 共 25 条。2018 年 5 月国家煤矿安全监察局又发布 了 防治煤矿冲击地压细则 ， 对 煤矿安全规程 中 的 25 条内容进行了系统说明。 针对冲击地压监察方 面， 2020 年 3 月国家煤矿安全监察局进一步发布了 煤矿冲击地压防治监管监察指导手册 （试行） ， 对 煤矿冲击地压防治监察进行了专项说明。规程、 细 则、手册等系列文件的发布使冲击地压防治监察有 据可依。应该说，我国经过改革开放 40 多年的建 设，煤矿安全监察体制日趋完善，针对冲击地压方 面的法律法规体系日趋健全，但在安全监察执法过 程中仍存在以下问题 1） 对冲击地压的认识不足。由于冲击地压的复 杂性、多样性，监察人员目前对于冲击地压尚未形 成较为系统的科学认知，只有更好地认识冲击地 压， 才能在工作中做到有的放矢、 灵活适应， 更好地 履行监管、 监察职能。 2） 监管、 监察手段单一， 过于强调处罚。煤矿安 全监管、 监察工作， 不仅是为了贯彻、 执行国家安全 法律法规，还应在督促企业落实主体责任的同时， 帮助指导企业利用先进技术解决切身的安全问题。 而在实际工作中， 对于冲击地压矿井的监管、 监察， 更多以罚款等处罚措施为主要形式。应该说，罚款 只是手段， 而不是最终目的， 如何通过监管、 监察工 作，帮助企业解决冲击地压问题，提升企业冲击地 压防治水平，才是冲击地压安全监管监察工作的核 心要务。 2.3重监测轻防治问题 防治煤矿冲击地压细则 第 46 条规定 冲击地 压矿井必须建立区域与局部相结合的冲击危险性监 测制度，区域监测应当覆盖矿井采掘区域，局部监 测应当覆盖冲击地压危险区，区域监测可采用微震 监测法等， 局部监测可采用钻屑法、 应力监测法、 电 磁辐射法。 目前，我国绝大多数的冲击地压矿井都安装了 成系列的冲击地压监测系统， 实现了地音 / 微震、 电 磁辐射、 钻孔应力、 支架阻力、 锚杆索支护力和钻屑 等参量相对全面的采集，部分专家、学者也尝试使 用应力、 微震、 钻屑量等指标， 完成对于冲击危险性 的监测和预警，并取得了一些有益的成果，但同时 也使得矿井技术人员形成了仅依靠监测手段就能实 现冲击地压灾害有效预防的错觉，在现场冲击地压 防治中表现出了 “重监测轻防治” 的特征。但冲击地 压的发生机理复杂、 影响因素众多， 仅依靠有限的监 测手段， 显然无法有效完成灾害的预防。 通过研究了我国几十座典型冲击地压矿井， 发 现很多矿井的领导和技术人员认为，购买了先进的 监测装备、落实了要求的监测流程就是重视冲击地 压了，冲击地压的相关问题就解决得差不多了。而 事实是， 即便以上述方式 “重视” 了冲击地压， 也只 是停留在形式上，在深度上却并未达到真正监测、 预警的目的，更无法为冲击地压防治提供针对性指 导。具体而言， 体现在以下 3 个方面 1） 监测、 防治没有实现有效配合。大部分冲击 地压矿井现有的监测手段可以计算出整个工作面 / 监测区的危险系数， 从而概括地表征其冲击危险性， 但由于不能将危险系数进一步细化至具体区域， 进 而无法划定更为准确的治理范围，监测与防治即出 现了 “脱节” 的问题。 2） 灾害防治管理信息化水平低。冲击地压矿井 在开展煤层爆破与大直径钻孔卸压、顶板爆与水力 压裂等防治工作时，其管理方式大多仍停留在纸质 台账阶段，即防治工作未能实现有效信息化、数据 化，由此导致在防治工作和监测信息联合分析过程 中， 缺乏关键的数据支撑， 监测手段也难以自动检验 卸压解危效果， 二者无法实现有效互馈、 相互支撑。 3） 数据未得到充分挖掘和利用。由于缺乏统一 的规范和标准， 导致不同系统产生的数据类型、 数据 结构日益多元化、 复杂化， 开始呈现出显著的 “大数 据”特征。煤矿相对落后的多元信息挖掘分析能力 与煤矿数据所呈现出的新特点形成了鲜明的反差， 存在相当程度的数据资源浪费。煤矿企业冲击地压 灾害监测预警缺少针对性模型的问题凸显。 2.4防治缺乏针对性问题 我国煤矿冲击地压防治以往主要采用合理开采 138 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 布置、 保护层开采、 煤层注水、 煤层卸载爆破、 宽巷 掘进等方法， 而随着技术装备的发展， 断底爆破、 顶 板深孔爆破、顶板水压致裂和顶板定向水压致裂等 技术方法也日臻成熟[6]。为冲击地压防治带来更多 可能性的同时，也使企业在选择针对性技术措施组 合时面临了更高的难度。造成这一现象的原因主要 有以下几个方面 1） 理论研究与现场实际脱节。 我国经过 40 多年 的努力， 逐步建立了以 “三准则” 理论、 变形系统失 稳理论、“三因素” 理论、“弱化减冲” 理论、 应力控制 理论、冲击启动理论和冲击地压扰动响应失稳理论 等为主导的冲击地压理论体系。以上成果显著提升 了行业对于冲击地压的科学认知，但在指导冲击地 压防治具体工作时却均存在不同程度的制约，仍无 法针对具体矿井特征给出差异化的支撑，从而使得 治理效果大打折扣。 2 ） 多方指导协调施工困难。在国家政策、 地方 监管部门及上级公司的共同要求下，冲击地压矿井 在科研立项、 初步设计、 危险评价、 防冲设计等阶段 都增加了冲击地压治理的相关内容，而矿方一般寻 找多家科研院所分别编制相应报告，但由于各机构 在防治理念等方面天然存在的差异性，以及冲击地 压防治方法与技术自身的选择难度，直接导致了方 案设计与施工的不统一性，造成工程搁置或工程延 期等不良后果。又或者为了应对各方要求，不加甄 别地使用各种手段，以至于无法筛选出适用于本矿 井的针对性技术方案， 达不到有效防冲的目的。 3） 卸压任务流于形式。部分矿井管理人员对冲 击地压治理重视程度欠缺，缺乏必要的危机意识， 所采购的监测设备无法形成有效预报，所采取的防 治措施也多为了应付检查，从切眼到两巷、从两巷 到回撤、 从 1 个面到下 1 个面， 基本 1 个方案照抄照 搬， 形成了 “搬运工式” 卸压模式， 赶工程、 催进度则 成为当下卸压主题， 与 “一面一策” 的防冲原则背道 而驰，一旦区域地质环境差异较大，防冲效果将会 大打折扣。 4） 缺乏长期连续的技术指导。有些矿井虽已意 识到冲击地压治理工作的重要性，也开展了相关研 究及工程实践，但由于研究项目一般周期较短， 且 无法确保专业技术人员长期性连续跟踪工程作业， 在现场地质条件变化或出现临时状况时，缺乏第一 时间发现问题、解决问题的能力，更无法根据现场 条件变化动态调整施工参数，进而导致措施针对性 弱、 效果区域差别大。 2.5建井前防冲设计问题 采掘活动是形成冲击地压等动力灾害的根本原 因，与天然赋存的地质条件形成良性互动是避免灾 害发生的关键所在。基于冲击地压 “预防为主、 防治 结合” 的基本理念， 在采掘活动形成前期进行充分的 针对性设计，将能够为后续形成有利的低应力开采 环境打下良好基础。但由于早年煤矿的开采深度和 强度并未造成冲击地压的频繁发生，导致在现有矿 井设计体系中，并未将冲击地压作为主要灾害予以 系统考虑。但随着开采深度和强度的逐步提升， 类 似认知如不加以修正， 将极易造成以下问题 1） 造成区域性高应力环境的出现。对于具体矿 井，煤层埋深及地质构造等均为无法更改的既定条 件，在其影响下将形成差异性极大的原岩应力状 态，如果在建井前期，忽略上述差异性要素带来的 影响，将直接导致无法与既有应力环境产生有针对 性的良性互动，以避开天然形成的高应力区域。若 在此基础上开展采掘活动，重新分布的应力将极易 达到更高的集中水平，进而导致冲击地压等动力失 稳甚至灾害在轻微扰动甚至无扰动情况下发生。 2） 局部处理措施防治解危效能弱化。局部措施 虽然能够缓解一定程度的应力集中，但由于相关措 施的作用范围极为有限，因此，局部卸压解危措施 无法形成对于应力环境的本质性干预。而一旦形成 区域性高应力环境，局部措施虽能够完成小范围卸 压解危， 但由于根本性的力源并未得到有效消除， 已 卸压区域将大概率会由于应力转移再次形成集中， 进而导致局部措施的时效性和实际效果大打折扣。 3） 调整开拓布置带来的额外成本。矿井作为有 机整体， 各个环节具有密切关联， 而开拓部署作为根 本性的影响因素， 方案一旦落地执行后再行更改， 将 会产生系统性的影响，由此带来的成本浪费自然是 不言而喻的。 2.6冲击地压巷道支护问题 我国传统冲击地压防治通常不单独考虑巷道支 护问题， 仅开展常规支护设计， 且一定程度上认为支 护无法抵抗冲击地压带来的破坏。当然，这种理念 是建立在原来对冲击地压认识和安全认知的基础上 的。但随着我国科技装备的进步和安全理念的提 升，冲击地压巷道的支护问题也被放到了重要的位 置，冲击地压矿井开始逐渐注重冲击地压巷道的支 护。但目前冲击地压巷道支护形式通常基于静力学 理念设计， 如单一锚杆支护、 锚杆 U 型钢或者锚杆 U 型钢 常规液压支架联合支护等， 难以适应冲击 139 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 图 4U 钢型钢支护失效图 Fig. 4 Failure diagram of U-steel section support 图 5液压支架支护失效图 Fig. 5Support failure diagram of hydraulic support 地压的动力学破坏特征， 进而极易出现以下问题 1） 对于传统锚杆支护。由于动载荷对巷道围岩 的作用，一方面将导致锚杆与围岩锚固力急剧降低 造成脱锚，锚杆支护系统失效；另一方面锚杆所受 冲击载荷超过其强度极限，将出现杆体破断、螺纹 脱扣托盘脱落等现象， 导致锚杆支护系统失效。 2） 对于普通 U 型钢支护。基于静力学的设计理 念将使其在冲击地压瞬时载荷作用下，极易发生折 断、 弯折、 屈曲或卡揽失效等现象， 导致支护阻力降 低， 达不到预期的支护阻力和保护作用， U 钢型钢支 护失效图如图 4。 3） 对于常规液压支架。一般能够抵抗小能量冲 击，但对于瞬间释放巨大能量的冲击地压事件， 常 规液压支架往往不能做到及时、快速让压，进而导 致支架倾倒或在结构薄弱部分发生弯曲折断、 爆 缸、 支架顶梁折断等， 液压支架支护失效图如图 5。 3冲击地压问题解决途径与对策 3.1深化对冲击地压的认识 深化认识， 对于冲击地压问题的解决至关重要。 具体而言， 应在以下几个方面做好工作 1） 明确冲击地压本质内涵。这是个根本性问题， 需要弄清冲击地压发生机理，确定具体矿井条件下 冲击地压类型和冲击地压矿井类型，找到影响冲击 地压的主控因素，要从冲击地压现象就开始重视冲 击地压问题， 充分利用冲击地压现象、 事件对于冲击 地压事故的前兆警示作用。 2） 增强防治冲击地压信心。冲击地压是世界范 围内难题， 我国灾害严重， 这也是事实， 但是， 我国 90以上的冲击地压是可防可控可治的 3） 加大冲击地压管理力度。冲击地压防治的关 键在于管理到位 确保各项技术措施有效实施， 严格 现场冲击地压安全管理， 严格执行相关规定， 严格实 施冲击地压严重区域限员管理，严格冲击地压区域 人员与设备防护制度的执行。 3.2提升监管及监察专业水平 针对冲击地压防治监管监察存在的一些问题， 提出以下对策 1） 明确监管、 监察定位。安全监管、 监察部门应 当按照各自权限， 依照法律、 法规、 规章和国家标准 或者行业标准规定的安全生产条件和程序，开展冲 击地压监管监察，保证经济正常平稳运行，促进安 全生产。 2） 不断学习冲击地压专业知识。加强监管、 监察 人员对冲击地压的学习意识，开展针对冲击地压的 专项培训， 提高对冲击地压灾害的认知， 提高监管、 监察人员的专业技术能力。 3） 掌握目标工作区域冲击地压特征。监管、 监 察人员应深入开展针对具体矿井冲击地压问题的分 析及思考， 掌握具体条件下冲击地压发生的特点、 类 型及主控因素， 不断提升安全监管、 监察的专业水平 和保驾护航能力， 与煤矿企业有机配合， 共同解决冲 击地压问题。 3.3加强对冲击地压监测结果的分析 充分利用冲击地压矿井多系统、 多参量、 多信息 的实际情况， 做好以下工作 1） 确定多参量融合的冲击预警指标和判据。主 流监测手段的预警指标及方法在 GB/T 252172019 冲击地压测定、监测与防治方法标准中都已列 出， 但针对具体矿井、 具体煤层、 具体采区和具体工 作面，其预警指标与判据的确定仍是一个不断探索 和验证的过程，需要通过长期实践积累，不断对预 警指标进行增加或删减， 对判据进行修正与优化。 2） 建立冲击地压灾害多参量综合预警平台。分 140 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 图 6冲击地压分源分类治理示意图 Fig.6Schematic diagram of pressure source classification control for coal bump 析、 挖掘、 融合监测、 防治过程中产生的多源异构信 息，形成数据导向型的冲击地压监测预警体系。根 据冲击地压灾害的类型和主控因素，自动实现冲击 “危险区域 等级” 划分， 实现分区分类预警， 降低 各类数据预警指标和权重设置的人工干扰，提高系 统综合预警的准确性。 3 ） 开辟 “井 - 地” 信息融合的冲击地压监测、 防 治新思路。 将地音 / 微震、 电磁辐射、 钻孔应力、 支架 阻力、锚杆索支护力和钻屑量等监测信息与大直径 钻孔卸压、 水力压裂、 顶板爆破、 煤层爆破等卸压解 危措施信息联合分析，解决了监测数据的归一化处 理和叠加展示，在考虑具体参量绝对值的基础上， 关注其变化趋势， 挖掘致灾前兆信息； 同时对井下卸 压解危措施信息等非结构数据进行时空信息标记， 对比分析井下信息前后监测数据变化，自动提取、 更新预警指标， 实现井上 - 井下信息的深度融合。 4 ） 建立以监测为驱动、 以防治为核心的完整防 冲体系。实现 “监测预警 - 解危治理 - 效果检验” 的 智能化、网络化、一体化，即实现在线发布预警通 知、 智能推荐解危方法、 辅助填报解危措施、 自动检 验解危效果。建立冲击地压监测、 防治 “一张图” ， 以 监测预警手段明确卸压治理工作重点、以解危效果 手段验证监测预警的准确性，实现监测与防治的相 互反馈。 3.4冲击地压研究与防治一体化 冲击地压防治工作是复杂的，应在充分弄清矿 井冲击地压发生机理、类型和主控因素的基础上开 展冲击地压防治工作，实现冲击地压研究与防治一 体化 1） 重视矿井冲击地压基础研究。积极开展煤层 冲击倾向性鉴定、煤岩物理力学参数测定、地应力 测试、围岩松动圈探测、采动应力监测等系列科研 项目，掌握矿井基础参数，明确冲击地压源头及主 控影响因素， 以应力控制为基点， 研究保护层开采、 煤层注水、顶板深孔爆破、顶板水压致裂等措施在 具体矿井条件下的设计原理和依据，实现冲击地压 分源、分类的差异化治理，冲击地压分源分类治理 示意图如图 6。 2） 重视矿井冲击地压防治工作的系统性。结合 现场实际情况，建立一套包含理论分析、危险性分 区分级、 监测预警、 防治技术、 方案设计、 工程施工 与效果检验等多项内容在内的成套冲击地压治理工 程技术体系[7]， 实现冲击地压防治方法、 技术与工程 一体化管理，冲击地压防治工程技术一体化示意图 如图 7。 3） 重视各监测设备数据的收集、 整理和分析， 配 置专业技术人员长期连续跟踪， 实时检验治理效果， 及时优化、动态调整，确保施工方案可行性与有效 性， 针对性解决矿井冲击地压问题。 3.5在矿井设计阶段强化防冲设计 在矿井设计阶段考虑冲击地压问题，其根本目 的是在满足生产能力要求的前提下，最大程度形成 有利于冲击地压防控的区域性低应力环境，而形成 低应力开采环境的关键，在于采煤巷道布置系统与 天然地质赋存条件的良性配合。包括以下内容 1） 避免与异常地质构造产生不利互动。明确矿 井地质赋存特征的前提下，巷道及工作面布置应当 避免与已知的大型地质构造产生相交等不利行为。 2） 巷道走向避免与水平主应力方向相交。当巷 道走向与水平主应力方向形成相交时，在采掘过程 中将会使得临空煤体受到显著的“卸荷加载”作用 影响，进而极易导致变形量显著增加，形成应力集 中。同时， 应当注意巷道尽可能布置在岩层之中， 保 证其稳定的服务能力。 3） 大煤柱大、 小煤柱小。对于矿井大巷、 采区煤 柱及保护性煤柱，应在满足采区和回采工作面布置 合理的条件下，尽可能加大其尺寸，确保煤柱不破 坏， 即大煤柱尽可能大； 对于区段煤柱， 应在进行充 分论证的前提下尽可能缩小煤柱尺寸，从而在既定 的条件下使得煤柱进入充分的塑性状态，避免过多 弹性能的积聚， 即小煤柱尽可能小， 或无煤柱。 141 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.10 Oct. 2020 图 7冲击地压防治工程技术一体化示意图 Fig.7Schematic diagram of engineering technology integration of coal bump prevention and control 4） 合理设计采区、 水平、 工作面接续顺序。在多 煤层开采时，应当首先开采上部煤层以形成保护 层，同时应当注意下部煤层停采线的内错布置， 弱 化上部采空区遗留煤柱的影响，在同煤层开采时， 应当注意工作面接续顺序，避免孤岛工作面和异形 工作面的形成。 5） 吸能支护设计。冲击地压受到采掘空间多种 因素的共同影响，完全杜绝发生仍具有较高难度， 应当在支护设计环节强化支护体系对于弹性能的瞬 间吸收和抵抗能力， 形成有效的最后保护环节。 6） 充分利用数值模拟完成推演评估。结合地应 力测试及反演技术，构建具有真实地质要素的数值 模型，通过模拟对比不同方案的应力分布特征完成 优选， 扩充设计依据。 7） 未来随着非接触式大范围探测技术装备的发 展和成熟，在建井前获得具有更高精度的地质信息 将成为现实，进一步配合能够准确还原地质信息的 动力学仿真软件，将能够完成采前应力环境演化特 征的准确推演，以此形成的建井前防冲设计将具有 更高的可靠性和更强的指导作用，也必将是未来的 发展方向。 3.6对冲击地压进行分级分类及采用 “三级” 吸能支护 基于冲击地压巷道常规支护存在的问题，在最 大程度降低弹性能积聚和提高围岩耗能的前提下， 应用基于动力学设计的巷道三级吸能支护技术， 即 “一级锚杆索 二级 O 型棚 三级吸能液压支架” 联合支护[8]。借助阻尼吸能构件， 改善巷道内支护结 构的力学特性， 提高支护可靠性。 1） 一级支护。采用吸能锚索或高强锚杆支护， 吸能锚杆索的吸能构件轴向可伸缩变形大，可以提 供大的有效让压长度， 能够消耗较多冲击能， 锚杆索 不易被拉断， 能够更好保持对围岩的支护作用， 采用 全长锚固， 提高锚固强度， 增强阻尼， 提高围岩的吸 能能力[9]， 保证巷道围岩 - 支护体系的稳定。 2） 二级支护。采用吸能 O 型棚， 吸能 O 型棚在 巷道发生冲击地压时搭接处可发生大恒阻滑动收 缩， O 型棚对围岩的支护阻力保持在较高值， O 型棚 通过搭接处的摩擦力做功消耗冲击能，有效控制巷 道环向变形， O 型棚与吸能锚杆索联合作用,保障巷 道围岩与支护体的稳定。 3） 三级支护。采用吸能液压支架， 针对大能量 冲击地压，利用液压支架具有强力支撑作用，能够 提供大的支护应力和在巷道轴向间隔布置后形成强 稳定结构， 并与锚杆索、 O 型棚联合支护， 形成三维 立体支护， 保障巷道围岩与支护体的整体稳定性， 有 效防治巷道绝大部分冲击地压。 河南耿村煤矿受 F16逆冲断层与巨厚坚硬顶板 影响，冲击地压灾害十分严重。在运输巷采用常规 142 Safety in Coal Mines 第 51 卷第 10 期 2020 年 10 月 Vol.51No.10 Oct. 2020 图 8耿村矿 “12.22” 冲击破坏现象 Fig.8Impact failure phenomenon of“12.22”in Gengcun Mine 图 9耿村煤矿应用效果图 Fig.9Application effect diagram of Gengcun Coal Mine 锚杆 （