1、目前我國煤礦沖擊地壓災害研究現狀及展望（續） 2013-06-18 10:39:01| 分類： 研究進展 | 標簽：沖擊礦壓 沖擊地壓會議 沖擊地壓 巖爆 潘俊鋒 |舉報|字號 訂閱2 目前沖擊地壓機理、監測與防治現狀2.1 沖擊地壓發生過程與發生機制研究沖擊地壓發生過程與發生機制研究是后期監測與防治的基礎。20世紀50年代末c.T.阿爾維申及60年代中期英國學者COOK3等提出了煤體與圍巖力學平衡狀態破壞后所釋放的能量大于消耗的能量時，就會發生沖擊地壓。Petukhov4在他所提出的沖擊地壓機理中也引入了剛度條件，并進一步把礦山結構的剛度明確為達到峰值后的剛度。我國學者李玉生5認為沖擊地壓機

2、理可用強度準則、能量準則及沖擊傾向準則加以概括。強度準則是煤體破壞準則，能量準則和沖擊傾向準則是突然破壞準則。三個準則同時滿足，是產生沖擊地壓的必要和充分條件。章夢濤6提出沖擊地壓失穩理論。齊慶新7等認為沖擊地壓發生過程實質就是煤巖地層受力過程中的瞬間滑動過程。這種過程用摩擦滑動理論解釋，即為粘滑過程。沖擊地壓的發生可概括為“三因素”機理。潘一山8通過對沖擊地壓發生的機理分析指出，煤巖體變形局部化開始條件和煤巖體沖擊地壓發生啟動條件是一樣的，即沖擊地壓啟動后的變形破壞過程就是煤巖體變形局部化的過程。趙陽升9等提出了巖體動力破壞的最小能量原理：無論在一維二維或三維應力狀態下巖體動力破壞所需要的能

3、量總是一維應力狀態下破壞所消耗的能量。潘立友10將煤體的破裂變形分為三個階段：彈性階段、非線性階段與突變階段。用三個特征量描述了煤體擴容變化的過程：體積壓縮、穩定擴容及擴容突變。建立了沖擊地壓的擴容模型，擴容理論解釋了沖擊地壓前兆信息的穩定性與突變性，是沖擊地壓前兆信息識別的理論基礎。姜耀東11等認為煤層平動沖擊失穩是一種典型的煤巖沖擊失穩類型。應用Hoek-Brown準則建立煤層平動沖擊失穩的力學模型。潘俊鋒12針對巷道沖擊地壓顯現主要表現為底板沖擊，建立了巷道沖擊地壓發生工程結構模型，揭示了全煤巷道底板沖擊啟動實質來自于兩幫高集中應力區，底板只是能量傳遞與釋放的載體，即沖擊地壓顯現位置。此

4、外，姜福興13等針對軟硬分層相間的復合型厚煤層綜放工作面發生的動力災害事故，提出了復合型厚煤層綜放工作面“震-沖”型動力災害的概念。竇林名14等提出沖擊地壓的強度弱化減沖理論。高明仕15等根據巷道沖擊震動破壞的原因和機理，建立了沖擊地壓巷道圍巖穩定性控制的強弱強結構力學模型。為了將沖擊地壓機理向防治延伸，對今后的沖擊地壓監測與防治指導具有可操作性，潘俊鋒16等在大量沖擊地壓防治案例基礎上，將沖擊地壓重新分為集中靜載荷型和集中動載荷型，建立兩種類型的工程結構模型，分析了各自沖擊啟動的能量判據，提出了沖擊啟動理論，揭示了淺部開采也可以發生沖擊地壓的原因，并為沖擊地壓演化過程時間序列與空間序列研究奠

5、定基礎。2.2 目前沖擊地壓災害的主要監測模式 表4為統計的近12年間我國煤礦監測預警沖擊地壓的主要方法，沖擊地壓預警方法眾多，對于不同礦區，可能采用一種方法，也可能采用幾種方法進行綜合監測，因此形成了不同的預警模式17。（1）單一人工探測式 單一人工探測式主要在一些以前未出現過，目前有沖擊地壓跡象的省份或礦區應用。采用鉆屑法、鉆孔應力監測、頂板離層觀測、巷道變形觀測中的一種方法。這種模式由于人員工作量較大，單一的監測結果缺乏驗證、比較，因此預警可靠度最低，甚至不能警示災害的發生。（2）綜合礦壓觀測式綜合礦壓觀測式主要是將巖石力學方法中的幾種方法組合起來使用，例如鉆屑法、頂板離層觀測、巷道變形

6、觀測、鉆孔應力監測，甚至將采場的支架、巷道的立柱工作阻力監測組合進來。這種模式主要在一些已經出現，但是沖擊地壓顯現較輕的省份或礦區應用，雖然能將監測結果進行橫向比較，相互驗證，但是都是近距離監測，監測結果往往難以滿足指導沖擊地壓防治的要求。 （3）單一物探監測式單一物探監測式，主要是采用電磁輻射儀、微震監測系統、地音（聲發射）監測系統中的一種來監測預警沖擊地壓。這種模式以監測煤巖中的集中動載荷源為目標，忽視了圍巖近場集中靜載荷是沖擊啟動的內因，主要應用在沖擊地壓事件較多，已經出現過破壞性沖擊地壓的礦井，雖然考慮到了采掘活動空間遠場圍巖的破壞對沖擊啟動的促進作用，但是由于各自監測原理及有效監測半

7、徑的不同，使用效果差異較大，并且單一方法缺乏驗證。 （4）多參量綜合監測式 多參量綜合監測式，是將巖石力學方法與地球物理方法相組合的一種監測預警模式。這種模式投入的人力、物力相對較大，是我國典型的沖擊地壓礦井主要應用模式，例如新汶華豐礦、撫順老虎臺礦、臨沂古城礦、徐州三河尖礦、義馬千秋、躍進礦、甘肅華亭礦等。該模式考慮到了各種手段的局限性，采用綜合的思想，甚至只要能用上，所有監測手段同時用，實踐證明沖擊地壓監測預警仍然是重大難題。表4 沖擊地壓的監測手段統計沖擊地壓監測手段使用該手段的礦井個數礦壓觀測法68鉆屑法70頂板動態儀31鉆孔應力計47電磁輻射法38地音法9微震法392.3 目前沖擊地

8、壓災害的主要防治模式表5為統計的近12年間我國煤礦防治沖擊地壓的主要方法，其中區域性防范方法又包括了優化開拓布置、解放層開采、無煤柱開采、預掘卸壓巷、寬巷掘進、寬巷留柱法、煤層注水、高壓水射流切槽等；局部主動解危方法有包括了頂板深孔爆破、煤層卸載爆破、煤層高壓注水、大孔卸壓法、定向水力壓裂法、斷底爆破法、預掘卸壓硐室、煤層高壓水力壓裂、底板切槽法等。沖擊地壓防治方法不像監測方法對開采、地質條件適應能力強，防治方法必須結合實際開采條件，比如說很多礦就是單一煤層開采，談何解放層開采。由于認識和技術水平與力量的差異，目前我國沖擊地壓礦井防治模式大體分以下五種：（1）煤巖性質改變式并非所有煤層都可以發

9、生沖擊地壓，發生沖擊地壓的煤體通常具有沖擊傾向性，一般情況下，煤層注水可以改變煤巖的沖擊傾向度，又由于煤層注水可以起到降塵、防煤層自燃、操作工藝簡單，投資小等，煤層注水幾乎是所有沖擊地壓礦井首選，尤其是一些沖擊地壓初步顯現的易自然發火煤層開采礦井。但是，該方法從改變煤巖沖擊性質角度出發，防沖效率較低，不能應急，此外，筆者前期研究成果表明18：并非所有沖擊地壓煤層都注水有效，應通過實驗室浸水時間效應來確定是否適合注水，并且指導注水強度、注水時機確定及效果評價。（2）臨時卸壓式臨時卸壓式，是指一些礦井在開采初期沒有沖擊地壓顯現，后期突顯沖擊地壓，往往通過相關知識學習，臨時組織隊伍，由于沒有系統的監

10、測設備，只能針對沖擊過的區域，圍巖變形大的區域，臨時采用煤層爆破、打大孔徑等簡單常規的方法卸卸壓。這種模式采用“補漏”的思想，實質上是出于一種被動狀態，哪邊發火向哪邊跑，往往顧此失彼或無濟于事。（3）循環卸壓式在一些有幾年沖擊地壓發生史的礦井，初步已經做了一些研究，上了基本的監測手段，結合以往沖擊地壓發生案例，而采用在工作面超前支護區，地質構造區，本工作面以及與鄰近工作面采空區“見方”區依據頂板活動周期規律及煤體應力監測結果、微震事件分布情況等進行按部就班的循環式卸壓爆破、打大孔徑；存在堅硬頂板的薄及中厚煤層并進行周期性預裂斷頂。此種防沖模式，具有一定的科學性，但是對于能量較大，區域性構造控制

11、型沖擊地壓一般難以應對。（4）加強支護式筆者曾經到過好多初步出現沖擊地壓顯現的礦井，由于沖擊地壓一般都發生在巷道，因此，好多礦井首先想到的是加強支護，除了常規的錨網索支護外，外圍是36U或40U拱形棚，再外為大立柱上頂、下登的鋼梁，或者研究吸能支護材料。實際上，沖擊地壓發生經歷三個階段：沖擊啟動沖擊能量傳遞沖擊地壓顯現16，作者前期曾經研究過，支護改變圍巖的應力環境是有限的，加強支護所起的作用側重于后兩個階段，因此說不能阻止沖擊地壓啟動，更多的通過降低沖擊地壓能量總量和降低釋放速度，從而達到降低災害程度。此外，作者研究發現巷道沖擊往往有方向性，并且一般與煤層傾角正交，大立柱等外圍支護抗側向動載

12、沖擊弱，往往由于地板突起而失穩，幾起重大傷亡的沖擊地壓事故調查，人員多為支護設備歪倒碰撞致死。（5）綜合防治式綜合防治式包括了三個層次，第一層次為工作面回采之前在區域實施一些區域防范性措施，最為常見的為開采解放層、沿空掘巷等；第二層次為在區域防范性措施基礎上在采掘空間局部采取一些解危措施，包括了煤體卸壓爆破、頂底板預裂爆破、大孔徑卸壓等；第三層次為個體防護性研究，包括了采掘空間強力支護，人員防護服的穿戴等。綜合防治式，筆者提出：總體思路為以“卸”為主，以“支”為輔，“卸”“支”耦合作用19。目前該防治模式已經在國內典型沖擊地壓礦井應用廣泛，依據系統的監測預警設備指導，使得礦井沖擊地壓防治能力得

13、到快速提高。表5沖擊地壓防治手段的統計沖擊地壓防治手段使用該手段的礦井個數區域防范方法21主動解危方法55加強支護方法40 3 問題與下一步工作3.1 主要問題筆者通過文獻統計結合自身的研究工作，認為目前我國沖擊地壓防治存在以下幾方面問題：（1）基礎理論研究不夠，缺乏指導意義的理論沖擊地壓的發生機理是人們對災害發生原理的理性認識，沖擊地壓監測、防治是在認識的基礎上開展的施工性活動。目前用于解釋沖擊地壓發生的觀點或學說，基本都還停留在理論階段，沒有針對各自觀點指出今后如何監測、如何防治，因而造成機理、監測與防治相互脫節。此外，目前用于沖擊地壓的監測方法、防治方法，人們只質疑其預測不準，防治效果不

14、佳，而沒有思考其能預測嗎，能防治嗎。由于缺乏或者沒有正確的基礎理論指導，又不受行業監管及功能、精度、原理等方面的準入門檻限制，各種設備打著“新”字層出不窮。過了一陣后，又回到原點，研究其理論基礎是什么。（2）沖擊危險性預評價研究重視不夠 目前沖擊地壓研究主要還是“三步走”，機理、監測、防治，對預評價重視不夠，導致各個環節遺留隱患。比如說在礦井建設期間不做沖擊地壓危險性預評價，導致井田區域性開拓布置沒有考慮防沖；沖擊地壓實時監測前不做預評價，導致監測設備盲目布置，顧此失彼；工作面開采前不通過預評價進行預卸壓，導致開采時沖擊危險進一步增強，防治強度加大，甚至不能解危；礦井重大擴修、開巷等工程前，或

15、者解危措施后不做危險性評價，導致災害發生。（3）沖擊地壓危險源監測缺乏針對性，沒有時間、空間概念 監測預警是沖擊地壓研究各環節中最為薄弱的一部分，除了受技術能力限制，監測設備自身存在的缺陷之外，人們受沖擊地壓的地質、開采等眾多復雜因素影響，在設備使用上缺乏規則或理論指導，因而布置傳感器時缺乏空間概念，要么原理不同的設備交錯使用，要么同原理的設備平行使用20。 此外，在監測預警效果不佳時，就采取了綜合監測，即幾乎所有的設備一起使用，造成人力、物力成本大增，長期以來，疲憊不堪，難以堅持的同時，不同監測系統的監測原理不同，監測對象、有效精度縱向范圍也不同，最終得出的預警結果橫向相比經常相互矛盾，難以

16、指導現場搶險避災決策。（4）沖擊地壓防治被動，缺乏精細化研究 由于人們對沖擊地壓認識程度的不足及相關監管法規的不完善，幾乎所有礦井都是出現了沖擊地壓顯現癥狀，才開始著手防治，因此能從根本上避免或降低沖擊地壓災害的區域性防范措施欠缺。 局部性解危措施時，往往做完防沖專項設計，就一成不變，不再優化，甚至不研究該措施的適用條件，而有的措施是雙刃劍，不科學就適得其反19。已經有幾座礦井因為發生沖擊地壓而全礦停產，因此筆者認為，此類礦井不再是以生產為主的礦井，而是邊研究邊生產。 （5）沖擊地壓礦井技術管理不夠成熟 在沖擊地壓礦井技術管理方面，大的方面：所要求的生產能力與災害防治要求矛盾，即超能力生產；小

17、的方面：存在人的不安全行為（包括領導的不安全指揮），例如采掘集中作業，多頭擴修等。 （6）行業安全監管部門技術力量薄弱 屢次沖擊地壓包括煤與瓦斯突出事故表明，目前我國煤炭行業監管部門也存在很多問題，尤其是對技術人才，技術水平的不重視，各級監管部門到了煤礦現場在事故發生前沒有指出隱患或者不具備技術力量去監察隱患，主要做的工作是檢查應該有什么，礦井是否有，至于到什么精度，實現什么效果一般難以監管，出了事故后，便有現成的法規對照，因此常常是事后的以罰代管。 （7） 沖擊地壓相關法律法規不健全? 我國目前的沖擊地壓規程還是原煤炭工業部 年制定的沖擊地壓規程，已不適應當今沖擊地壓礦井防治及生產的需要，亟

18、需制定新的沖擊地壓規范以及相關法律法規。?3.2 下一步工作（1）重視基礎概念、理論研究，目前我國對沖擊地壓的認識多數還是引進波蘭、德國的認識，比如“沖擊地壓”、“巖爆”“沖擊傾向性”等名字都是外來詞，國內這么多年一直忙于防治，而沒有新的深入的認識。應該將沖擊地壓事件過程進行剖析，機理研究向防治延伸，從沖擊地壓發生原理角度開發預警設備、防治方法。（2）目前的沖擊地壓區域預評價方法，例如綜合指數法、數量化理論等多依靠經驗人為打分，鉆屑法、應力計等為點測量，不能實現區域性實測評價，今后應開展基于集中靜載荷的現場區域性實測技術，例如地震波CT技術是發展方向。（3）沖擊地壓監測預警模式設計分源、空間層

19、次化，對沖擊地壓啟動的內因：集中靜載荷采用巖石力學方法監測預警，外因：集中動載荷采用地球物理方法進行監測預警。尤其是對于集中動載荷型沖擊地壓的監測預警，由于其發生需要兩種載荷源同時作用，地球物理方法，尤其是微震監測系統能夠對井區巖層宏觀運動作出監測，通過其監測到的事件密集區要及時視為局部監測的目標。除了以上監測預警技術方面發展趨勢外，監測設備本身精度的提高也是必須的。目前有關沖擊地壓監測預警的手段也不少，還有新的手段在不斷推出，層出不窮。但實際上現有手段研究還沒有結束，修正算法，降低誤差，提高精度是首要工作。（4）在沖擊地壓防治方面，目前深部開采沖擊地壓發生既有集中靜載荷型，也有集中動載荷型；

20、淺部開采沖擊地壓多數為集中動載荷型。目前面臨的巨大難題，一是對于深部開采區沖擊地壓如何進行防治方法相互匹配，如何實現能量置換或消化“量化研究”，即精細化研究需要手段；二是對于集中動載荷型沖擊地壓或者高位賦存巨厚堅硬巖層的礦井，明明知道巨厚堅硬頂板是主導隱患，但是目前沒有技術能解決。今后需要研究高效、方便的堅硬巨厚頂板預裂或切割技術。4 結語言畢，作者根據自己所做過的研究結合自身在沖擊地壓防治實踐過程的思考與實踐，總結出沖擊地壓防治的3個理念如下：影響沖擊地壓發生的因素有幾十種，并且煤礦開采最大的特點就是條件一直在變，沒有絕對相同的開采條件，也就沒有絕對成熟的防沖技術可以復制，抓住載荷源進行監測

21、與處理以不變應萬變，才能沉著應對沖擊地壓災害，將使得沖擊地壓“復雜問題簡單化”，這是防沖第1理念。能量是守恒的，此消彼長，因此沖擊地壓防治，針對載荷源宜疏不宜堵，“疏”是防沖的第2理念。沖擊地壓監測手段有待改進，但防治方法不一定就需要創新，一成不變的防治方案是不能防沖的，邊研究邊設計才是科學可靠的防治思路，因此“精細化”研究是防沖的第3理念。 參考文獻1潘俊鋒，寧宇，杜濤濤，等.區域大范圍防范沖擊地壓的理論與體系J.煤炭學報，2012，37（11）:1803-1810.2藍航，齊慶新，潘俊鋒，等. 我國煤礦沖擊地壓特點及防治技術分析J. 煤炭科學技術，2011，39(1)：11153 Cook

22、 N G A. A note on rock bursts considered as a problem of stabilityJ. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy.1965，65:437-446.4 Petukhov I M，Linkov A M.The theory of post-failure deformations and the problem of stability in rock mechanicsJ . Int J Rock Mech Min Sci & Geomech Abstr，1979，16:57-76.5李玉生.沖擊地壓機理及其初步應用J中國礦業學院學報，1985，3:41-43.6章夢濤.沖擊地壓失穩理論與數值計算J巖石力學與工程學報，1987，6(3)：197-204.7齊慶新，史元偉，劉天泉.沖擊地壓粘滑失穩機理的實驗研究J煤炭學報，1997，22(2):144-147.8潘一山.沖擊地壓發生和破壞過程研究博