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冲击地压培训讲义 第一章 冲击矿压概述 第一节 冲击矿压的概念、特征及分类 一、冲击矿压的概念 冲击矿压属矿井动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式。可以定义为矿山井巷和采场周围煤岩体，由于变形能的释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。简单地讲，冲击矿压就是煤（岩）体的突然破坏现象。它是影响煤矿安全生产的重大灾害之一。冲击矿压在我国不同地区的煤矿和不同书刊中有不同的称谓，常见的有“冲击矿压”、“矿山冲击”、“煤爆”等。 在具体矿山地质条件下，矿井的开拓准备方式、开采方法及其工艺参数一经确定，也就基本确定了采场和巷道支架上的载荷特征和数值。随着采掘工作的展开，采场和巷道附近岩石中可能发生不同形式的变形和破坏过程，导致一系列矿山压力现象的发生。这些过程的组合、范围和强度可能各不相同，采掘巷道会表现出不同的状态。有的巷道可以保存很长时间，而有的巷道掘出后很快就失去稳定性。采场和巷道围岩的破坏规模和延续时间的差异是很大的，规模上可以是围岩产生破裂直至波及地表的大范围岩层移动；延时上可以是几周、几个月或几年的缓慢破坏，直至突然发生冲击式破坏。破坏过程也是随着岩石的力学性质、地质因素和开采技术条件的不同而变化的。因此，研究采场和巷道围岩破坏现象的实质，对安全开采具有重要意义。 一般的矿山压力现象及其显现规律，诸如顶底板闭合、支架折损、冒顶、片帮和底鼓、围岩应力分布规律等，都带有一定的普遍性。在某些特定条件下发生的特殊的矿山压力现象，例如，冲击矿压、顶板大面积来压、煤和瓦斯突出、矿震等矿山四大动力现象，对生产及矿工安全都具有很大威胁。这些现象具有突然发生的特点，呈现明显的动力特征，它们之间既有区别又有联系。其区别主要是发生机理各异，其联系主要表现在它们可以互为诱发因素，都具有动力特征，并且存在介于两种动力现象之间的“中间型”动力现象。目前，上述动力现象等有关术语的运用已渐趋统一。冲击矿压的同义词有岩爆、煤爆、矿山冲击、岩石突出等。 冲击矿压、顶板大面积来压、煤和瓦斯突出、矿震统属矿山动力现象。它们的发生机理各不相同，但可互为诱发因素，且都具有动力特征。 大面积顶板来压原则上属重力式突然破断，一般以部分岩体缓慢破坏为先导，岩层整体破断正是局部破裂不断发展的结果。破断的同时，已破坏岩体的位能突然转化为动能而显现弹性能的释放，但大部分弹性能已在局部破裂时缓慢释放。从显现特点上它与冲击矿压的区别在于冲击矿压发生时顶板一般不垮落。 煤和瓦斯突出是指瓦斯和煤同时向巷道内突出，它和冲击矿压在表现上有类似性，发生时都出现煤体的破碎，而且有时两者同时出现。其主要区别是，对冲击矿压而言，弹性能的释放是第一位因素，破坏较猛烈 震动更强烈，由已破裂的煤体中释放出瓦斯则是次要的、第二位的因素。煤和瓦斯突出则相反，瓦斯释放是第一位的因素，破坏较缓慢，震动也较弱，而煤岩抛出则是第二位的因素。突出后大部分煤体破坏成碎煤，且具筛选性。 矿震是指由于开采活动引起的矿山岩层震动，它是巷道周围介质突然在一瞬间发生震动 同时伴有巨声、冲击波、弹性回跳等作用而不发生煤、岩抛出的一种弹性能释放现象。它是矿山岩层冲击式破坏的一种表现形式，因而有别于天然地震，其发生原因是多方面的。冲击矿压、瓦斯突出、大冒顶等都可引起矿震，但多数是由于岩层的沉降运动引起的，它一般并不导致井巷工程的破坏。 岩爆是发生在岩巷、金属矿和地下隧洞中的冲击矿压。一般表现为岩巷或隧道周一壁岩石成片状破裂，岩片向坑道内弹射，伴有“劈裂”声，顶板掉块，底板拱起，洞壁严重变形破坏、甚至大量岩石崩落。 二、冲击矿压的显现特征 冲击矿压发生如同装在煤岩里的大量炸药爆炸一样，煤和岩石突然被抛出，造成支架折损，片帮冒顶，巷道堵塞，伤及人员，并伴有巨大声响和岩体震动。监测到的震动频率1Hz～1104Hz以上，最大震级3.8级以上，有时在几公里范围内的地面都能感觉到，形成大量煤尘和强烈的空气波。在瓦斯煤层，往往还伴有大量瓦斯涌出。冲击矿压发生前一般没有明显的宏观前兆。相当多的冲击矿压是由爆破触发的，发生过程短暂，持续震动时间不超过几十秒。在某些情况下，冲击的同时还发生底鼓和煤岩压入巷道等现象。 概括起来，我国煤矿冲击矿压的主要显现特征表现在以下几个方面 （1）突发性冲击矿压发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间几秒到几十秒，难已事先准确确定发生的时间、地点的强度。 （2）多样性一般表现为煤爆（煤壁爆裂、小块抛射）、浅部冲击（发生在煤壁2～6m范围内，破坏性大）和深部冲击（发生在煤体深处，声如闷雷，但破坏程度不同）。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）破坏性往往造成煤壁片帮、顶板可能有瞬间明显下沉，但一般并不冒落；有时底板突然鼓起甚至接顶；常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架；从后果来看冲击矿压往往造成人员伤亡和巨大的生产损失。 （4）复杂性在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都记录到冲击现象，采深从200～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄层到特厚层，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矿压。在生产技术条件上，不论水采、炮采、机采或是综采，全部垮落法或是水力充填法等各种采煤工艺，不论是长壁、短壁、房柱式或是煤柱支撑式，分层开采还是倒台阶开采等各种采煤方法都出现了冲击矿压，只有无煤柱长壁开采法冲击次数较少。 三、冲击矿压的分类 冲击矿压是一种复杂的矿山动力现象，其生成环境、发生地点、宏观和微观上的显现形态多种多样，以及它的显现强度和所造成的破坏程度相差很大。有的冲击矿压影响范围仅几平方米或几十平方米，有的却波及范围很广，达几千平方米；有的冲击矿压发生时测得的地震能量不足10J，仅相当于地震1级以下，有的则高达107J以上，相当于地震级3.9级；有的震动波衰减很快，仅能传播1000～2000m；有的冲击矿压震动持续不了几秒钟，有的却持续时间长达几十秒。有的冲击矿压仅为煤体冲击，有的则顶底板参与冲击。此外，由于冲击矿压发生机理存在不同的理论，提出各自不同的冲击矿压发生条件和判别准则。客观上不同矿井的冲击矿压成因和特征也不同。即使同一矿井，由于地质构造、开采条件和开采方法的差异，也使得冲击矿压的成因、性质、特征、震源部位和破坏程度不同。 综上所述，冲击矿压存在不同种类，不能用同一机理去解释不同冲击矿压的成因和现象，更不能用单一方法或措施去预测预报和防治冲击矿压。因此要对冲击矿压进行分类，并且出现了多种分类方法。 目前主要的、最有价值的分类方法有以下几种 （一）根据冲击矿压的物理特征，按发生原因分（分为三类） 1．压力型冲击矿压 其发生时，煤柱和岩石将产生爆炸式破坏，如同坚硬的岩样在试验机上加载至强度极限后发生爆炸式破坏一样。 2．突发型冲击矿压 其发生原因是突然加载。是矿层上伏的厚而坚硬的老顶悬伸在矿柱上，先是夹紧矿柱并对它加载。当达到一定跨度时发生折断和垮落，同时产生压力波，造成处于极限应力状态的矿柱发生瞬时破坏。 3．爆裂型冲击矿压 其发生原因是在直接顶上部或直接底板下部存在塑性夹层。例如，在刚性岩层之间的粘土夹层，一旦条件适当被挤压出来，造成顶底板刚性岩层以冲击形式爆裂。 （二）根据冲击矿压的能量特征，按冲击时释放的地震能大小分（分五个等级，表1-1）。 表1-1 按能量特征分类表 冲击矿压级别 地 震 能（J） 震中的地震烈度（级） 微冲击（射落、微震） ＜10 ＜1 弱冲击 10～102 1～2 中等冲击 102～104 2～3.5 强烈冲击 104～107 3.5～5 灾害性冲击 ＞107 ＞5 1. 微冲击 表现为小范围岩石抛出和矿体微震动，包括射落和微震。射落是表面的局部破坏，表现为单个煤（岩）块弹出，并伴有射击的声响。微震是母体深部不产生粉碎和抛出的局部破坏，常伴有声响和岩体微震动。 2. 弱冲击 少量煤（岩）抛出的局部破坏，伴有明显的声响和地震效应，但不造成严重损害。 3. 中等冲击 急剧的脆性破坏，抛出大量岩石，形成气浪，造成几米长的巷道支架损坏和垮落，推移或损坏机电设备。 4. 强烈冲击 使长达几十米的巷道支架破坏的垮落，损坏机电设备，需要大量的修复工作。 5. 灾害性冲击 使整个采区或一个水平内的巷道发生垮落。个别情况下波及全矿，造成整个矿井报废。 （三）根据参与冲击的岩体类别分（分为二类） 1．煤层冲击（煤爆） 产生于煤体围岩力学系统中的冲击矿压，是煤矿冲击矿压的主要显现形式。 2．岩层冲击（岩爆） 高强度脆性岩石瞬间释放弹性能，岩块从母体急剧、猛烈地抛出。对煤矿，是顶底板岩层内弹性能的突然释放，又称围岩冲击。按冲击位置又分顶板冲击和底板冲击。顶板冲击按显现形式又可分成典型的顶板冲击和致密顶板岩层突然折断形成的冲击矿压，后者往往伴生强烈的煤层冲击与底板冲击。 （四）根据煤岩体应力来源及加载方式分（分为四种类型） 1．重力型 主要受重力作用，没有或只有少量构造应力的影响而引起的冲击矿压。 2．构造型 主要受构造应力作用引起的冲击矿压。 3．震动型 煤岩体受震动载荷而产生的冲击矿压，它与重力型冲击矿压的区别在于载荷的类型为脉冲式动载，载荷方向与震动波的传播形式和途径有关。 4．综合型 受几种载荷共同作用而引起的冲击矿压。 （五）根据显现强度及其对煤和岩层、支架、设备的破坏程度分（分为四类） 1． 弹射 单个碎块从煤岩体表面弹射出来，并伴有强烈的声响。 2． 煤炮（深部冲击） 深部的煤岩体发生破坏，但煤或岩石不向已采空间内抛出，只有片帮或散落现象，岩体震动，伴有声响，有时产生煤尘。 3．微冲击 煤或岩石向已采空间抛出，但对支架和设备无损害，围岩震动，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 图1-1 按显现地点的冲击矿压分类 部分煤或岩体急剧破坏，大量的煤或岩石向已采空间抛出，出现支架折损、设备移动和围岩强烈震动，伴有巨大声响，形成大量煤尘。 强冲击按显现地点分为以下七类 ①在连续煤体中（图1-1a）； ②在被巷道切割的煤柱中（图1-1b）； ③在被巷道从煤体分离出来的煤柱中（图1-1c）； ④在煤层边缘部分（图1-1d）； ⑤在掘进的煤层巷道中（图1-1e）； ⑥在有底板或顶板破坏的巷道中（图1-1f）； ⑦在掘进的岩层巷道中。 这种分类方法便于分析支承压力的分布情况，有利于制定防治措施。 （六）我国冲击矿压的分类 我国目前使用的分类方法是煤炭工业部于1983年9月颁布的冲击矿压煤层安全开采暂行规定中公布的我国煤矿冲击矿压统计分类方法。该分类法采用了世界上流行的，在我国得到公认的两类分类指标。即 1．根据冲击矿压的破坏后果分（分为三类） 1）一般性冲击矿压。对生产的破坏后果轻微，不需要进行修复。此类包括地震台记录到但未能定位的各种冲击、震动现象。由矿井冲击矿压防治组填写Ⅱ类记录卡。 2）破坏性冲击矿压。对生产造成一定的破坏，需进行修复工作。此类冲击矿压包括井下实际发生并已观测到的，达到各矿自定的破坏性标准的冲击矿压。由矿井冲击矿压防治组负责进行现场调查，填写Ⅰ类记录卡。 3）冲击矿压事故。由于冲击矿压及其伴随现象（冒顶、瓦斯突出等）造成的人员伤亡事故，或由于井巷或采场被破坏造成中断工作8h以上的冲击矿压。此类冲击矿压由矿井总工程师负责组织现场调查，填报I类记录卡，写出事故调查报告。 2．根据地震仪或微震监测系统观测记录确定的冲击矿压显现强度，按里氏地震级分（分6级，表1-2） 表1-2 按显现强度分类 等 级 1 2 3 4 5 6 里氏地震级 0.5～1.0 1.1～1.5 1.6～2.0 2.1～2.5 2.6～3.0 ≥3.0 第二节 冲击矿压的历史及现状 一、国内冲击矿压历史及现状 我国最早记录的冲击矿压现象于1933年发生在抚顺胜利煤矿，当时的开采深度为 200 m左右。50年代以前只有两个矿井发生了冲击矿压。50年代增加到7个，60年代为12个，70年代达到22个，进入80年代以后，猛增到50多个。从1949年以来，已发生破坏性冲击矿压2000多次，震级ML0.5～3.8级，造成惨重的人员伤亡，破坏巷道约 20 km，停产 1300多天。近年来，我国一些金属矿山、水电与铁路隧道工程也出现了岩爆现象。 以下是我国典型冲击矿压矿区的情况。 （一）北京矿务局 冲击矿压在北京矿务局属于全局性问题，10 个生产矿井中，有5个矿井和1个坑口受到冲击矿压的威胁。 门头沟煤矿是我国冲击矿压最严重的矿井之一。该矿开采侏罗纪无烟煤，属低瓦斯矿井，可采煤层有一、二、五、七槽四层，层间距80～100 m，厚度一般0.7～3.5 m。各煤层顶板均为高强度的石英砂岩，平均厚度 10～30 m。煤层倾角由缓至急，在缓倾斜煤层中主要采用单一走向长壁刀柱采煤法，沿走向每推进 35～40 m留一刀柱，刀柱宽为采高的2～2.5倍。该矿的二、五、七槽均为冲击矿压危险煤层，该矿早在 1947年就发生过冲击矿压现象，至1985年底，共发生破坏性冲击矿压303次。1959年8月3日，工作面放炮引起冲击矿压，顶底板瞬间移近0.3 m，木支柱折断 600余根，有感震动半径5 km，67间房屋震坏，震级ML为3.8级，属我国目前强度最大的一次冲击矿压。 该矿1980年平均震动记录达500余次，亦属我国震动频度最高者。 （二）抚顺矿务局 抚顺矿务局三个井工开采的矿都有冲击矿压发生，其中以胜利矿为最早，而龙凤矿目前最为严重。 龙凤矿井田煤层生成于新生代第三纪，主煤层有三、四、五、六共四个自然层群，总厚 6～50 m，倾角 0～45。煤层顶板为厚 48～195 m的油母页岩，底板为76.5～115 m的凝炭岩。该矿采用倾斜分层上行V形水砂充填采煤法。一般开采第一人工分层时，顶板为煤层，底板为砂页岩，无周期来压显现。冲击矿压多发生于新采区第一分层开采过程中，约占总数的83。冲击影响范围达几米到几十米，冒顶高度 1～3 m，突出的煤达 10～50 t，严重时摧毁巷道达几百米，地面有震感。1975～1983年共发生0.5级以上冲击矿压675次，最大震级ML为2.5级，其中23次造成严重破坏。 抚顺矿务局是我国非坚硬顶板、特厚煤层冲击矿压的典型。 （三）枣庄矿务局陶庄矿 枣庄矿务局陶庄矿属水、旱采并举的矿井，采深 400～700 m，主采煤层为 2～6 m的厚煤层。煤的单轴抗压强度约 10～20 MPa。顶板为砂岩，强度 90～130 MPa。自 1966年至 1985年 10月共发生了147次破坏性冲击矿压，冲击强度一般不大，为1.5～2级左右。1982年 1月 27日水采区上山煤柱（宽 160 m）发生了该矿历史上最大的一次冲击矿压（3.6级），而且时隔 25 min后又发生一次（2.7级）。该冲击区顶板砂岩厚达 43 m左右，为我国厚层砂岩顶板条件下发生冲击矿压的典型。 （四）开滦矿务局唐山矿 开滦矿务局唐山矿的冲击矿压大多发生在两面或三面临空的半岛形或孤岛形煤柱中。以及上层开采遗留的残柱下方的应力传递区域。这种残柱影响深度可达150m。在这些煤柱中掘进回采巷道或进行回采时发生冲击矿压。以及位于这些煤柱下方的开拓巷道（大巷、石门）受采动影响也发生冲击矿压。 （五）徐州矿务局 徐州矿务局主采下石盒子组、山西组、太原组煤层。矿区地质构造情况较为复杂，煤层赋存条件为近水平、倾斜、急倾斜多种形式并存，且厚薄不一。特别是随着可采煤层的逐步减少，各采区都在向复杂地质构造带和深部延伸，因而给巷道和采场矿压控制技术提出了新的挑战。例如，深部（软岩）巷道支护技术和冲击矿压预测预报预防技术已面临着较为严峻的形势。 徐州矿区原来被认为不属冲击矿压威胁地区，由于采深增加和复杂地质构造影响，使这一早已隐藏的危害被揭开。自1991年以来，该局已发生较为严重的冲击矿压事故近20次，造成多人伤亡，以及不同程度的巷道支护损坏。 三河尖矿自1991年9月5日在7110材料道发生第一次冲击矿压事故，是全局发生冲击矿压次数最多的矿，占全局的大多数。 张集矿与三河尖矿同为“三硬”矿区，发生冲击矿压的可能性较大。1994年8月到11月在9606综采面共发生冲击矿压事故3起。发生的地点比较集中，事故现场的特征基本相似，即发出巨大声响，煤尘飞扬，煤体突出且呈现粉末状，冲击波推倒大型物体，造成较大的人员伤亡。 旗山矿与权台矿同属“三软”矿井，传统理论认为不可能发生冲击矿压，但事实上这两个矿都曾发生了较为严重的冲击矿压事故。 （六）兖州矿区济宁三号井 济宁三号煤矿位于山东省济宁煤田中部，北距济宁市14Km，东距兖州矿业集团公司所在地邹城40Km。井田南北走向长10Km，东西倾斜宽10－13Km，面积约110Km2。矿井设计生产能力500万t/a，实际最高产量曾达1008万t/a，服务年限81年。井田含煤地层为二迭系山西组和石炭系太原组，煤系地层平均总厚约250m，共含煤26层，其中主要可采煤层为3上、3下煤，平均厚度6.21m。井田位于南北向的济宁地堑构造内，东西两侧分别为南北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内断层受该两断层控制以南北向断层为主。井田的构造形态，北部以宽缓褶皱为特点，往南逐渐转成北东走向、向北西倾伏的单斜构造。井田内断层有明显的规律性，其中为主的南北向断层组，多为东升西降的正断层。3上煤层顶板为细至中粒砂岩，厚度一般在3－45.9m，平均19.2m，3下煤层顶板为中到粗粒砂岩，一般厚6－60m, 平均厚27.96m。底板为细砂岩和粉细砂岩互层，一般厚2.5-20m，平均11.53m。 六采区是矿井的主要开采区域，目前已开采三个工作面。6303工作面位于六采区中部，工作面自北向南推进，推进长度2057.8m，工作面长239.8m，采深600710m。工作面开采煤层为山西组煤3下，煤层厚度2.86.8m，平均厚度4.75m，工作面东临6302采空区、6301采空区、6300采空区，工作面与6302采空区留设4m保护煤柱。西临6304工作面（尚未回采）。煤层直接顶为灰黑色粉细砂岩互层，厚度013.75m，赋存不稳定，f＝46。老顶以中砂岩为主，坚硬稳定，厚度16.7742.12m，平均厚度在26m左右，f＝810。 由于6303 工作面开采深度较大，煤层具有冲击倾向性，而且煤层顶板为坚硬的中砂岩，故从2004年11月30日 6303工作面辅顺首次发生冲击矿压，将巷中的7个车盘掀翻，同时伴有巨大的声响，地面能感觉到轻微震动以来，又连续多次发生小型的冲击地压矿震事故，给矿井的安全带来了很大的威胁。 为此，6303工作面辅顺进行了煤体卸压和顶板爆破等强度弱化减冲措施（六采区冲击矿压解危方案，2005年12月），取得了良好的效果。但是，由于现有技术还不能完全解决6303工作面的顶板问题，之后6303工作面辅顺又发生了几次小型矿震与冲击，见表1－3所示。 表1－3 6303工作面冲击矿压现象 时间 地点 影响范围 情况描述 2003 1204 6303辅顺 12m 夜班突然发生一次大的煤爆，伴随着煤爆巷道顶板出现下沉，最大下沉量约400mm，西帮内移量约500mm，锚杆托盘压平、压反较严重，煤体松散破碎，顶部及两帮出现网兜现象，煤碎块洒落较多。影响范围导线点N6330北11m23m，长度约12m，距掘进迎头最近处约6m。煤爆比较频繁。 2003 1210 6303辅顺 59m 12月10日发生最大的一次压力异常显现，影响范围导线点N6328南16.5mN6328北42.5m，长约59m，距掘进迎头最近处约18m。顶板最大下沉量达到500mm，西帮最大内移量达到l000mm，部分钢筋梯、锚杆被压断，巷道断面损失严重，帮部部分地段基本处于失稳状权 2003 1215 6303辅顺 20m 12月l5日夜班出现压力异常显现，影响范围导线点N6328北45mN6326段，长度约20m，距掘进迎头约7m。顶板下沉量约400mm，西帮内移量约700mm，帮部锚杆出现压断现象。 2003 1105 6300辅顺 36m 11月5日夜730分左右，6300工作面辅助顺槽超前支护段距工作面煤壁约4480m段，巷道突然来压下沉，下沉量约200300mm，局部离层变形量约400500mm。冲击显现致使超前支护棚头处10棚范围内单体支柱有3棵被压断，另有6棵不同程度弯曲。棚外巷道顶板出现明显的网兜现象。顺槽来压时，工作面压力正常。 2004 1130 340 6300辅顺 30m 11月30日，当6303工作面接近掘进发生动力现象的地段时，在工作面前方66m的断层以外，6303工作面辅顺1376－1406m共30m段发生煤体突出，实体煤帮瞬间突出1.5-2m左右，同时伴有剧大的声响，掀反该范围内的电机设备列车。 2004 1216 1200 6300辅顺 24 工作面推进1338m，工作面辅助顺槽距煤壁12.436m段又发生一次冲击，煤体突出300500mm左右，将靠近实体煤帮的8颗单体支柱打歪，伴有巨大的声响，巷道内煤尘飞扬，煤帮底角部分煤体抛向巷道另一侧。 2005 0125 400 6300辅顺 10 工作面推进1415米，工作面辅助顺槽煤壁前方10米范围内实体煤帮瞬间突出0.51米左右，将顺槽内靠帮支设的单体支柱打倒8颗，瞬间巷道内煤尘飞扬，震感明显。 2005 0214 1500 6300辅顺 36 工作面推进1460米，煤机刚割完两硐溜尾，正准备往溜头牵引，辅助顺槽超前段又发生一次冲击地压，巨大的煤炮声过后，巷道内煤尘飞扬，煤壁前12.6m48m段实体煤帮煤体突出3001000mm左右，巷道顶板瞬间下沉500mm左右，将支护的单体支柱推倒13颗，折断5颗。 2005 0228 1500 6300辅顺 15 2005年2月28日中午1500左右，工作面推进1494米，辅助顺槽又发生一次冲击，辅助顺槽煤壁前15米范围内煤帮瞬间突出500mm左右，将顺槽内靠帮支设的单体打倒1颗，伴有巨大的声响，巷道内煤尘飞扬。 （七）近几年出现的冲击矿压矿井 近年来，我国东部大部分矿区的地下煤炭开采也转入深部开采，一些原来少见的冲击矿压和矿井突水等灾害事故频频发生，这些现象在我国东部的大型现代化矿井尤为突出。例如，像兖州、新汶、大屯、徐州、淮南、淮北肥城等矿区，在采深不超过500m时从来没发生过冲击矿压事故，但采深超过500m后就出现了，并且随着采深的增加，这种灾害起越来越严重，特别在被传统理论认为不可能发生冲击矿压的“三软”矿区（如徐州东部矿区）也发生了严重的冲击矿压事故。据统计，近5年来，兖州、新汶、大屯、徐州四大现代化矿井累计发生100余次冲击矿压事故，造成重大人员伤亡和财产损失。 二、我国冲击矿压的显现特点 我国冲击矿压除了突然性、瞬时震动性和破坏性等显现特征以外，从显现情况和发生条件来看，具有以下特点 1．类型多种多样，灾害严重程度不同 我国冲击矿压一般表现为煤层冲击，以破碎煤块从煤壁抛出最为常见，也有极个别情况为上百立方米的煤整体滑移。我国煤矿也发生过顶板冲击和底板冲击。如房山矿发生一次冲击矿压，底板突然鼓起并开裂成 5 cm宽的裂缝。此外，我国有台吉矿、大台矿、八一矿、柴里矿及南桐一井等五个煤矿已发生43次典型的岩爆。 各矿井冲击矿压的强度、频度、灾害程度、伴生灾害情况等差别很大。在统计的32个矿井中有24的矿同时存在冲击矿压及煤与瓦斯突出等两种以上灾害。根据历次冲击矿压造成的人员伤亡与破坏生产情况以及当前矿井的生产情况，可以将这32个矿井分为三类四级，见表1-4。 表1-4 矿井冲击灾害程度分级 类 别 矿 井 总 数 严重 目前严重 门头沟、房山、大台、龙风、老虎台、陶庄、唐山、天池、砚台矿、台吉矿、西安 11 曾经严重 胜利、城子 2 中 等 高德、五龙、营城、长沟峪、忻州窑、煤峪口、八一、五一、擂鼓、南桐一井 10 一 般 滴道、南山、铁厂、牛心台、木城涧、永定庄、柴里、花鼓山、冰沟 9 2．发生条件极为复杂 我国煤矿发生冲击矿压的典型条件为初始深度200～600m，煤的单向抗压强度 10～30 MPa，顶板一般为厚 10～40 m的坚硬砂岩，强度 100～600 MPa。 然而，具体分析起来，我国冲击矿压发生条件极为复杂。从自然地质条件来看，除褐煤以外的各煤种都记录到了冲击现象，采深从 200～800 m，地质构造从极简单至极复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母页岩等都发生过；从生产技术条件来看，水采、水砂充填、综采、炮采、机采、手采等各种工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶、房柱式等各种方法都出现了冲击现象。 3． 发展趋势是矿井数量逐渐增多，灾害的危险程度日趋严重 1949年以前我国发生冲击矿压的矿井只有12个，50年代增加为7个，60年代为12个，70年代为22个，截至1987年已猛增到35个，目前达40多个。而随着开采深度的增加、开采范围的扩大，近年来虽然采取了不少措施，但全国矿井数和总的冲击次数并未减少。可见，我国冲击矿压的防治工作任务甚为艰巨，具有现实的迫切性和长远的重大意义。 三、我国冲击矿压研究情况 我国矿井的冲击矿压从全局看，仍属局部性灾害范畴。但其发展趋势是严酷的。由于开采深度及采掘范围的扩大，虽然采取了许多针对性措施，但冲击矿压次数并未明显降低。所以开展冲击矿压基本知识教育，加强冲击矿压煤层安全生产管理，进一步深入开展冲击矿压的预测预报和防治研究，仍是十分必要的。 从20世纪60代开始，一些冲击矿压较严重的局矿，在生产实践中，根据生产急需和可能条件，试验采取了一些防治措施，取得一定效果。近十年来，随着冲击矿压灾害日趋严重，现场预测预报和防治工作得到煤炭部等各级主管部门的重视。投入资金引进监测设备、开展现场防治。分别在天池、门头沟、龙凤、陶庄、唐山、房山等矿井，由科研与高校等单位参加，相继开展了有组织、有系统的科学研究工作，大大推动了全国性煤矿冲击矿压防治工作。与此同时，建立和健全各相关单位的冲击矿压防治组织和管理机构，冲击矿压管理工作得到加强。1987年我国煤炭部正式颁布了冲击矿压煤层安全开采暂行规定。标志了我国煤矿冲击矿压管理工作进入有章可循的新阶段。 1．取得的研究成果 据不完全统计，我国煤矿已经试验或实施的冲击矿压预测预报手段有10多项，采取的治理措施也有10多项。可以说，世界各采矿国家现有的预测预报和防治措施，在我国大都得到不同程度的试验和应用。而且在诸如综合治理等方面已经取得明显效果。 自20世纪70年代末以来，我国开展了大量的冲击矿压研究课题研究，通过专家鉴定，并在现场得到实施应用。研究成果有的已接近或达到国际先进水平、大部分课题获得省、市或部级科技进步奖。取得的主要研究成果有 1）冲击矿压机理研究。已从冲击矿压表面现象的观察描述过渡到物理过程的揭示；从一般的理性认识发展到对本构关系的论证；进而提出若干种机理假说，其中冲击矿压三准则机理模型和变形系统失稳模型具有一定的价值和特色。目前已经能够利用有关理论去解释相应的冲击矿压现象，为预测预报和防治工作提供一定的理论基础。 2）煤层冲击倾向试验研究。冲击倾向试验是冲击矿压预测预报的前提条件之一。其中弹性能指数WET、冲击能指数KE和煤体动态破坏时间DT等三项指标已列入冲击矿压煤层安全开采暂行规定。 3）钻屑法的研究。通过现场实测、实验室试验和数值分析，对钻屑法的原理、钻屑量组成、极限应力、钻孔扩容等问题进行了研究。确定了冲击矿压矿井的冲击危险指标，研制了专用配套机具。钻屑法已在全国推广应用，是我国目前主要的预测预报方法之一。 4）地音、微震、电磁辐射监测系统的研制和应用。70年代研制的便携式流动地音仪已经推广应用。80年代从波兰引进的SAK地音系统和SYLOK微震系统已在门头沟、陶庄等矿安装使用。此外还开发了MAE地音装置。近几年，在多个矿区已成功使用电磁辐射监测手段。 5）煤层注水。已全面推广应用。 6）煤层卸压爆破。已全面推广应用。 7）坚硬顶板处理。使用了爆破及注水软化等措施，有效地控制了大冒顶等冲击矿压事故。 8）水力割缝卸压。已部分推广应用。 2．研究单位及科研情况 多年来，中国矿业大学在国家自然科学基金、煤炭行业重点项目和国家“九五”重点科技攻关计划等的资助下，对含瓦斯煤岩的物理力学特性、含瓦斯煤岩流变破坏特性、煤与瓦斯突出的流变机理、单轴受载含瓦斯煤岩流变破坏电磁辐射特性、电磁辐射法预测预报煤与瓦斯突出等煤岩瓦斯动力灾害技术及装备方面进行了大量的研究工作；提出了煤与瓦斯突出的“流变假说”；提出了用电磁辐射强度和脉冲数变化预测预报煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象的技术原理和方法；提出临界值法和趋势法两种灾害危险性识别方法；研制成功了具有非接触、定向、连续、区域性监测及预报功能的KBD5矿用本安型煤与瓦斯突出（冲击矿压）电磁辐射监测仪，并进行了成功的应用。实现了非接触、定向及区域性（空间上）预测预报煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩瓦斯动力灾害。电磁辐射监测仪在焦作矿务局、平顶山矿务局、邢台矿务局、徐州矿务局和新汶矿务局已成功使用，且效果良好，该项目达到了国际领先水平，并拥有自主产权。中国矿业大学能源与安全工程学院长期进行冲击矿压机理、预测预报、冲击矿压治理措施等方面的研究工作，专业人员齐全，其中有研究冲击矿压煤层的采矿专家，有专门进行冲击矿压研究的硕士、博士研究生和从国外留学的博士，有含瓦斯煤岩动力灾害研究的博士，理论知识水平高，并积累了大量的资料和数据，此外，中国矿业大学具有数十年煤与瓦斯突出、冲击矿压、顶板灾害等的研究历史，积累了大量的宝贵研究经验、实验设备手段和研究队伍。中国矿业大学已经成功完成了多次攻关项目，具有丰富的技术和现场经验。 辽宁工程技术大学在冲击矿压失稳理论研究、矿井动力现象区域预测预报、冲击矿压监测及防治等方面进行了大量的研究工作，取得了很有价值的研究成果。特别是在用地质动力区划进行区域预测预报方面的研究成果已达到国际先进水平，形成了具有特色的研究方向。辽宁工程技术大学相继完成了国家“七五”、“八五”、“九五”攻关课题多项，与俄罗斯国家地质力学与矿山测量研究院合作完成了“北票矿区地质动力区划及岩体动力现象预测预报和预防研究”等研究课题，取得了成功的经验。又先后在抚顺矿务局、开滦矿务局、平顶山煤业（集团）公司等多个局矿开展了冲击矿压、煤与瓦斯突出和矿震等矿井动力现象区域预测预报方面的研究工作，取得了明显的社会和经济效益。在鸡西，辽源、淮北等矿区进行了大量的冲击倾向性测定和冲击危险评价，卸压爆破，钻孔卸压等解危措施研究及试验，积累了丰富的经验。通过多年的科学研究和研究生培养，已经形成了以教授、博士生导师为带头人的在冲击矿压机理、预测预报及治理研究方面具有较高科研水平和实践经验的研究队伍。 煤科总院北京开采所在19811982年就开展了“门头沟煤矿二槽煤冲击矿压防治与煤粉钻孔法的试验研究”。在19841985年进行了“地音与微震监测系统在门头沟煤矿冲击矿压防治中的应用”，并进行了煤的冲击倾向研究。19861990年完成了国家“七五”攻关项目“冲击矿压预测预报与防治”。19871990年进行了岩石冲击倾向研究。1984年引进了地音和微震监测系统，1991年开始了国产化的研究工作，1992年后研究出了地音监测系统。通过开展“煤（岩）的冲击倾向性试验研究”、“模糊综合评判煤的冲击倾向性的研究”、“岩石冲击倾向性分类及冲击矿压预测预报的研究”等课题的综合研究，于1987年主持制订了煤炭行业标准“煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法”，并于1998年对该标准进行了修订，同时主持制订了“岩石冲击倾向性分类及指数的测定方法”，是目前国内进行煤岩冲击倾向性鉴定的权威部门。 此外，其它煤炭高校和科研单位、生产单位也都开展了许多冲击矿压研究项目，取得了较多的成果。近些年随着新兴学科的应用，使冲击矿压研究向非线性、实时动态监测、信息化等方向发展。我国冲击矿压总体研究处于国际先进水平。 四、国外冲击矿压概况 冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题。1738年英国在世界上首先报道了冲击矿压现象。之后，前苏联、南非、德国、波兰、美国、加拿大、日本、法国、印度、捷克、匈牙利、保加利亚、奥地利、新西兰和安哥拉等都记录了冲击矿压。目前，有包括我国在内的共18个国家和地区都有冲击矿压，这一事实表明，世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击矿压的威胁。 煤矿冲击矿压最严重而且防治工作最有成效的国家是前苏联、波兰和德国。 （一）前苏联 前苏联的冲击矿压最早于1947年发生在吉谢罗夫矿区。目前共有9个矿区出现了冲击矿压问题，1947～1970年共发生冲击675次。 发生冲击矿压的一般条件是初始深度为 400～1860 m，煤厚0.5～20 m，在各种倾角、各个煤种（包括褐煤）中都记录到冲击矿压现象。多数情况下顶板为坚硬砂岩，也有一些煤田是破碎顶板。开采技术条件涉及到刀柱式或长壁式等开采方法；充填或垮落等顶板管理方法；整层或分层开采情况。 自1951年起，全苏地质力学及矿山测量研究院以及其他研究单位和高等院校等几十个单位配合国家技术监察部门与生产单位一起着手解决煤矿的冲击矿压问题。经过25年的努力，基本上形成了一整套防治冲击矿压的组织管理系统，并制定了有关技术规程，发展并逐步完善了一整套行之有效的防治措施和预报方法，取得了良好效果，冲击次数大为减少。1955～1977年冲击危险矿井数由8个增至36个，而年冲击次数则由83次降至7次，1980年以后又降至5～6次。近年来发生的冲击矿压是由于违反在开采有冲击矿压倾向煤层的矿井采矿工作安全手册的规定所造成的。 在前苏联金属矿，冲击矿压的频度比煤矿要小得多，其主要形式为岩石弹射、震动和微冲击，主要发生在北乌拉尔铝土矿等20余个矿山。开始出现的深度为 300～700 m，主要岩石种类为辉绿岩、正长岩、花岗岩、凝灰岩以及铁矿石、铝土矿石、铜矿石、钾盐矿石等，平均单向抗压强度 100～250 MPa，最低 25～30MPa。前苏联金属矿防止冲击矿压的基本措施原则上同煤矿的没有差别。 （二）波兰 波兰有三个井工开采煤田上西里西亚、下西里西亚和鲁布林。产量的98％来自上西里西亚煤田。该煤田中煤的强度为10～35 MPa，煤厚 0.5～20 m（一般 1.5～3.5 m），倾角 0～45（一般5～15），平均采深 600 m，顶板大都为坚硬砂岩。长壁工作面产量占99％，其中70％为垮落法开采，其余为水砂充填。工作面平均长150 m，日产 1300～1400 t商品煤。机械化程度 96.2％，其中综采占83.7％。 冲击矿压是波兰煤矿重大