衝擊地壓的發生與防治
1 衝擊地壓的發生和震點的分布特點
1.1 衝擊地壓的發生
虎台煤業分公司井田開采於1907年，設計能力300萬t/a，2001年核定能力320萬t/a，
采用斜豎井結合階段水平大巷開拓方式及綜合機械化放頂煤采煤方法開采。近年來，隨著開采深度的增加及接觸深部複雜的地質構造，開采區域已深入到足以產生衝擊的構造應力場和重力應力場的“臨界深度”，因此頻繁發生衝擊地壓。特別是進入—580m水平下段及北翼開采後，逐漸接觸到深部複雜的地質構造及煤層產狀，衝擊地壓顯現越來越頻繁，衝擊強度及破壞程度逐漸加大。其顯現特征：一是震級不大的煤爆發生較為頻繁，但威力不大，偶有片幫和煤塊拋射現象；二是淺部衝擊和深部衝擊較為強烈，但深部衝擊是發生在煤層深處，雖然威力（震級）較大，地麵震感明顯，但井下破壞性不明顯；三是淺部衝擊地麵震感不明顯或無震感，但對井下作業地點危害最大，發生前有時出現片幫、瓦斯增大或出現爆豆聲響等前兆。然而多數發生時沒有這些宏觀前兆而突然發作，破壞性較大，有時造成嚴重片幫、冒頂和底鼓、摧毀支架、堵塞巷道及顛翻設備；四是衝擊發生過程短暫，持續時間一般幾秒至十幾秒。虎台煤業分公司從1993～2002年共發生衝擊地壓38383次，其中大於1級（裏氏震級）9315次，大於2級655次，大於3級44次，最大級達3.7級。
1.2 衝擊地壓的分布特點
自1993年起至今，衝擊地壓雖然遍布礦井各個區域，但主要集中在55001#二期綜放麵、
54003#綜放麵運輸順槽、68001#綜放麵運輸順槽、 炮采已采區、—630m中央主副巷、63006#—II已采綜放麵、68002#綜放麵、 炮采區、78001#綜放麵I～III期及78002#綜放麵開切眼等共計10個局部區域。其分布具有以下特點：①地質構造帶如斷層附近、向背斜軸部，是衝擊地壓多發帶；②采深越大，衝擊地壓發生的次數越多；③孤島煤柱區是衝擊地壓嚴重采區；④綜放麵一分層（開采三分層煤）衝擊地壓顯現強烈；⑤綜放麵一分層開采初期及接近終采時，衝擊地壓發生的較頻繁；⑥二分層（緩壓帶）幾乎不發生衝擊地壓；⑦從2001年下半年開始衝擊地壓發生的次數呈下降趨勢。
2 衝擊地壓的成因
2.1 地質構造的因素
構造應力場既是地殼構造運動和斷裂活動的動力因素，又是地層中區域應力狀態的重要組成部分。在構造應力場的作用下，一方麵形成新的斷裂組合，同時對井下開采過程中的各種動力現象的發生起著至關重要的決定作用，構造應力是孕育衝擊地壓的主要動力環境因素。
（1）礦區煤田構造03manbetx
。撫順礦區的構造位於天山一陰山巨型緯向構造帶和華夏式構造帶交接複合部位，其特殊位置決定了其地質構造比較複雜，是一個由多元構造體係複合而形成的多元、多向和多序的構造體係，主要有東西向陰山構造帶和北東50°～60°華夏式構造帶兩種。
（2）地質構造對衝擊地壓的影響。老虎台井田位於撫順煤田向斜中部，其中東翼，是一個東向西的向斜構造，西翼是一個北向南的緩向斜構造，共有14條大斷層。F1和Fl a斷層是控製區域內構造環境的主要因素。礦區所發生的較大規模的衝擊地壓主要是受斷層和構造的特征、空間位置以及它們之間的相互關係所控製。從老虎台井田內部的小的環境看，14條大斷層及周圍形成的向背斜構造和次一級的斷裂構造，是引發衝擊地壓的主要原因，也是衝擊地壓發生次數最密集（特別是大震級）的地方。
2.2 開采深度的因素
近年來隨采深增加，衝擊地壓次數明顯增加，特別是1級以上衝擊地壓次數大幅度上升，從1993年的466次增加到2001年的2024次。從衝擊地壓發生實際情況03manbetx
，如果單從重力（開采深度）角度03manbetx
，總的看衝擊地壓發生次數和震級是與采深成正比，但在複雜的地質構造帶附近，衝擊地壓發生的次數和震級有時與采深並不成正比。如礦井東部區54003綜放麵距地表深度630m（回采階段—540m），準備及回采期間發生一級以上衝擊地壓30次；與其同標高的東翼相鄰的54002綜放麵，準備及回采期間一級以上衝擊地壓僅發生8次。同一采區內，采深相同的不同工作麵衝擊地壓發生的次數差別比較明顯。
2.3 煤層性質的因素
衝擊地壓的發生與煤的物理機械性能密切相關。煤質中硬以下，彈性、脆性較大，光澤較強的煤易發生小型衝擊地壓；煤質中硬，較均質、致密，裂隙、層節理較不發育的煤易發生較大衝擊地壓；硬度很高的不易發生衝擊地壓。根據測試、實驗及多年實踐證明：礦井本層煤中三分層屬於中硬煤，彈、脆性較大，層、節理不很發育，易於發生衝擊地壓；四分層煤質中硬，上述性質較差，衝擊地壓發生次之；五分層屬於中硬以上煤，不易發生衝擊地壓。
從上述03manbetx
得出：礦井衝擊地壓不屬於單一重力型衝擊地壓。
2.4 采掘活動的因素
（1）炮采與衝擊地壓關係。以往炮采水運水砂充填采煤法開采時，采用的是分組開采，不但一分層發生衝擊地壓，而且二、三分層也發生衝擊地壓。1996年以前，衝擊地壓90%以上發生在炮采的采掘工作麵，對采掘麵的破壞十分嚴重，多次造成傷亡02manbetx.com
。分析其原因，一是開采過程中每個階段（50m段高）形成11個區間煤柱和12個段間煤柱，同時每個階段東西翼遺留一個孤島煤柱采區，這些煤柱都是高應力集中區，在此進行采掘活動，極易引發衝擊地壓。二是炮采時存在跨階段、跨水平開采，單位采區範圍小（走向300～500m），開采強度大，受此影響，井田區域內應力狀態變化較大，采區間動壓互相影響，為衝擊地壓的發生提供了條件。三是炮采采用木支護管理頂板，水砂充填管理采空區，木支護屬剛性支護，抗衝擊能力低，無可縮性，充填河砂及頁岩使頂板不能自然垮落，不利於釋放頂板積聚的大量彈性能。四是炮采工作麵采用爆破落煤，放炮震動極易引發衝擊地壓。所以，炮采水砂充填采煤法不適合衝擊地壓煤層開采。
（2）綜放開采與衝擊地壓的關係。綜放開采是目前特厚煤層較為先進的采煤方法。采用高強度液壓支架管理工作麵頂板，采煤機割煤，自然垮落法管理采空區，巷道采用先進的錨網U型棚複合支護，這種采煤方法有利於防止衝擊地壓的發生。一是可以布置長距離大工作麵，采區個數減少，使得礦井生產布局及開采程序更加合理。二是礦井區間煤柱減少，無段間煤柱，區內條帶間實現無煤柱開采，采空區內不殘留煤柱及支柱，煤柱高應力區大幅度減少，采區內部也不會形成新的應力集中區。三是工作麵液壓支架強度高（ZFS6000型），具有可縮性，采空區采用自然垮落法管理頂板，有利於釋放頂板內積聚的大量彈性能。
（3）不同采煤方法與衝擊地壓關係。正如瓦斯、煤塵和自然發火一樣，衝擊地壓是與煤礦開采伴生的自然災害，隻要進行采掘活動，就必然程序不同的引發衝擊地壓。20世紀70年代初，國內煤礦開始采用放頂卸壓措施，通過放頂使頂板彈性能得到充分釋放，大大緩解了衝擊地壓發生的頻率及震級。撫順礦區以往炮采時，采用水砂充填法管理采空區，三個井工礦均有衝擊地壓發生。因此，采用何種采煤方法與衝擊地壓沒有必然的聯係，隻不過能產生利弊不同程度的影響。
3 衝擊地壓的防治
（1）調整生產布局，減少煤柱高應力區。生產安排上將—730m水平原來按炮采劃分的50多個采區，按其賦存標高及產狀合並成東、中、西三個綜采區。在開采程度上，始終遵循自上而下、由南往北逐個條帶分層進行開采的原則。
（2）開展衝擊地壓預測預報。為了全麵準確掌握全礦衝擊地壓危險性分布狀況、危險程度、在預測預報工作上進行了區域性和局部性預測預報。預測方法采用鑽粉法、電磁輻射法和礦壓觀測法。
（3）加大瓦斯抽放能力。為了提高瓦斯抽放量，降低瓦斯壓力，杜絕衝擊地壓引發瓦斯燃爆及煤與瓦斯突出02manbetx.com
，對瓦斯抽放係統進行了改造，礦井瓦斯抽放能力由350m3/min提高到500 m3/min以上，瓦斯抽放純量由1994年的0.75億m3增加到2001年1.3億m3。
（4）煤體注水卸壓。從改變煤體的物理機械特性入手，對煤體進行靜壓、高壓注水，以軟化煤體和緩解應力集中，達到卸壓的目的。
（5）超前卸壓鑽孔。在衝擊地壓嚴重的煤掘工作麵，實施超前卸壓鑽孔，采取“兩掘一鑽”方式作業，即在每天的一循環中利用一個小班時間打7～10個超前卸壓鑽孔，上下兩排布置，每天施工一排孔，孔深為10m，掩護掘進施工，使掘進工作在卸壓圈內進行，杜絕了煤掘工作麵前方衝擊地壓的發生。
（6）深孔卸壓爆破。根據虎台煤業分公司衝擊地壓發生的原因主要是構造應力和集中應力引起的特點，為減少衝擊地壓對巷道的破壞，對地質構造、煤柱等應力集中區和電磁輻射值超標地點，采取深孔爆破卸壓措施，使構造應力和集中應力得以緩慢釋放，從而起到減震目的。
（7）提高綜放麵裝備水平。提高工作麵支架阻力，型號由原來的ZFS4000—18/28提高到ZFS6000—18/28，已采的68001#及78001#綜放麵雖然發生多次較大衝擊地壓，但沒有發生壓死支架現象及造成傷亡02manbetx.com
。
（8）改革巷道支護方法。為了解決落後的T鐵棚剛性支護抗衝擊能力差的問題，先後幾次對巷道支護進行了改革，其形式有U型鋼可縮支護、圓型支架、錨網支護、錨網和U型支架聯合支護等；並在衝擊地壓較嚴重的巷道采用全長錨固支護形式，其抗衝擊效果更為明顯。
（9）強化現場安全防護。為減少衝擊地壓造成的損失，製定了5項31條預防衝擊地壓的安全防護措施，采取了合理安排勞動組織、分散作業人員、限製作業人數及作業時間、及時清理作業現場閑置設備、必備的設備設施進行捆綁固定、縮小U型棚支護棚距、每架U型棚打六個卡子、延長掘進工作麵躲炮時間（不低於30 min）等一係列措施，成功地躲過了數次較大的衝擊地壓。
4 衝擊地壓的防治效果
（1）有破壞性的衝擊地壓次數減少。2001
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td="14240">年礦井共發生有破壞性衝擊地壓59次，1～6月份發生34次，月平均5.6次；從6月份開展高壓注水後，7～12月份共發生21次，月平均3.5次。總共下降13次，月平均下降2.1次，下降率為37.5%；從三季度開始高壓注水與深孔爆破技術聯合運用後，四季度共發生4次，月平均1.3次，比1～6月份平均下降4.3次，下降率為76.8%。（2）衝擊地壓對巷道破壞程度減少。從2001年1月到2002年1月因衝擊地壓破壞巷道總長度為2585m，1～9月份為2028m，月平均225m；10 月份開始高壓注水與深孔爆破解危措施聯合使用後，10月份到2002年1月巷道損壞557m，月平均139m，月平均減少86m。
（3）衝擊地壓損壞的支架明顯減少。2001年1月至2002年1月因衝擊地壓損壞的支架共454架，其中1～9月份為425架，月平均47架；而10月份以後的4個月共損壞49架，月平均12架，下降率為75%。
（4）杜絕了因衝擊地壓造成的死亡 02manbetx.com 。自采取“四位一體”綜合防治措施以來，杜絕了因衝擊地壓造成的死亡事故，人身傷害事故也大幅度降低。
（王慶陽 張德利 李國宏）
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