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我国煤矿冲击地压检测预警和技术发展摘要：在实际生产过程中，工作面常有下述一系列矿山压力现象，并且习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。冲击地压现象，冲击地压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，造成巷道变化的表现形式，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。冲击地压还会引发或可能引发其它矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击地压是煤矿重大灾害之一。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，及时对冲击地压检测预警也是减少危害的有效措施。关键词矿山压力冲击地压开采方式检测预警减少危害一．冲击地压现象形成特点及分类冲击地压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。冲击地压还会引发或可能引发其它矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击地压是煤矿重大灾害之一。冲击地压的特点：突发性、瞬时震动性巨大、破坏性、复杂性冲击地压按其显现强度、释放的能量等进行分类。根据冲击的显现强度，可分为四类：（1）弹射。一些单个碎块从处于高压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。但煤、岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，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。在采矿巷道工作面中发生震动和冲击地压，将会对井下巷道、井下工作人员和地面建筑物造成影响。冲击地压对井下巷道的影响主要是动力将煤岩抛向巷道，破坏巷道周围煤岩的结构及支护系统，使其失去功能。而一些小的冲击地压或者说岩体卸压，则对巷道的破坏不大。巷道壁局部破坏、剥落或巷道支架部分损坏。应当确定，当矿山震动较小，或震中距巷道较远时，将不会对巷道产生任何损坏。在发生冲击地压的区域如果有工人在工作，则可能对其产生伤害，甚至造成死亡事故。矿山震动和冲击地压不仅对井下巷道造成破坏，对井下工作的人员造成伤害，而且对地表及地表建筑物造成损坏，甚至造成地震那样的灾难性后果。二．冲击地压的防治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。主要原则是：1、开采煤层群时，开拓布置应有利于解放层开采。2、划分采区时，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。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。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。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。6、开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤拄垮落法管理顶板的长壁开采法。7、顶板管理采用全部垮落法，工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。短钻孔注水法短钻孔注水法主要看注水钻孔的数量。钻孔通常垂直与煤壁，而且在煤层中线附近。注水时，依次在每一个钻孔放入注水枪，水压力通常为20—25Mpa。比较有效的饿注水孔间距为6—10m，注水钻孔的深度不小于10.0m，注水孔的大小应与注水枪的大小相适应，而且放入注水枪后能自行注水，封孔封在破裂带以外。三．冲击地压检测预警目前为止，对冲击地压的监测与预报仍是采矿领域的一大难题，国内外冲击地压现场监测方法种类很多，但如何合理选择和优化组合使用各种监测方法，才能达到既经济、方便，又可靠的监测效果，尚缺乏深入研究。窦林名等运用综合指数法、微震法、电磁辐射法和钻屑法研究形成冲击地压的时空分级预测技术体系；张宗文等结合微震和地音法的优点对冲击地压进行微震、地音联合监测；姜福兴等研究了以高精度微震监测和煤体应力实时在线监测为主，其他手段为辅的冲击地压监测预警系统。本文通过对几种现场监测方法的对比分析，按照区域监测、局域监测及点域监测的需要，将各种现场监测方法进行了分类，最后，给出了监测方法选择及组合的步骤及综合分析方法。1地球物理法1.1地音与微震声发射是煤岩体在不同应力条件下由微裂隙闭合、产生、扩展所引起的，矿山上通常称为地音（AE）。当裂隙扩展到一定规模，煤岩体受载强度接近其临界破坏强度，将会出现大范围的裂隙贯通并最终导致煤岩体断裂，即微震（MS）现象。地音的振动频率较高，从几十到2000Hz或更高，能量低于102J，下限不定，振动范围从几米到几百米；微震频率较低，大约0~50Hz，能量从102J（很弱）到1010J（很强），振动范围从几百米到几万米，甚至更远。1.2电磁辐射监测法岩石破裂电磁辐射的观测和研究是从地震工作者发现震前电磁异常后开始的。前苏联和我国是开展研究较早的国家，其次是日本、美国等国家。对煤、泥岩和砂岩等强度较低岩石的电磁辐射特性及其应用研究是从20世纪80年代末、90年代初开始的，俄罗斯和我国做了大量的研究工作。俄罗斯开发了EF-9和BOJIHA电磁辐射监测仪，并在顿巴斯煤田试验应用于预测预报冲击地压；中国矿业大学开发了KBD5及KBD7电磁辐射监测仪，并在预测冲击地压方面进行了试验及推广应用。2传统监测法2.1应力监测法应力监测早在上世纪五十年代就开始在岩土工程应力监测领域使用。应用于煤矿应力监测也有数十年的历史。随着电子技术的发展，应力监测仪器得到很大改进，数据采集技术和监测精度有了明显提高。尤洛卡矿业安全工程股份有限公司生产的KJ216及山东科瑞特自动化装备有限公司生产的KJ630等应力监测系统在多数矿井安装使用。2.3钻屑法钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42~50mm），根据钻进时不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象预测冲击地压。该方法的基本理论和最初试验始于20世纪60年代，其理论基础是建立钻屑量和煤体应力之间的定量关系，由钻屑量的多少估算应力大小，作为确定冲击危险指标的依据之一。根据上述分析，选择监测方法时，首先应根据现场冲击地压特点及类型，确定相应的监测对象与监测目标，即是需要进行区域、局域或点域同时监测，还是只需要对其中的两个甚至单个进行监测，监测的重点是区域、局域，还是点域等等。其次，针对每一目标对象，选择经济合理、技术先进、操作方便的监测方法与仪器。坚硬顶底板型冲击地压应主要采用顶板动态监测法，大采深及向斜轴部等高应力条件应主要采用应力监测法，上覆巨厚岩层裂断型冲击矿井需采用微震法进行区域监测，断层错动型冲击可主要采用便携式电磁辐射法或钻屑法对断层附近进行点域监测，孤岛工作面开采应主要采用应力监测法及顶板动态法，煤柱型冲击应主要采用应力监测法，等等。最后，进行各方法的协调与配合，形成最优组合方案，并通过现场检验，用最小的成本，获得最佳的监测效果。不同条件，采用不同系统，才是合理与科学的，这方面的研究与试验，尚需做进一步研究。由于冲击地压发生的随机性以及破坏形式的多样性，准确地进行冲击地压的预测预报是十分困难的。由于各种监测方法的原理和监测目标不同，可靠性受影响因素较多，单凭一种监测方法往往是不可靠的。因此需要采用区域、局域、点域相结合及多种监测方法联合使用、相互印证的全方位多角度的监测系统。在采用综合监测系统时，如果各监测方法均预测某区域有冲击危险时，应立即进行解危处理；如果有的监测方法预测有冲击危险，有的监测方法预测无冲击危险时，须进行预警并进行深入的冲击危险性分析，以判明是否需要进行解危处理，不能盲目定论造成不必要的灾害和损失；如果各监测方法均预测为无冲击危险时，则无需预警和采取解危措施。可见，多方法联合监测、综合分析，是十分必要的。参考文献：[1]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板控制研究[D].徐州：中国矿业大学，1998[2]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制（修订本）．北京：煤炭工业出版社，1991[3]许惠德，马金荣等．土质学及土力学．中国矿业大学出版社，1995．[4]西安矿业学院矿山压力研究所等．东胜补连塔煤矿2211高产高效工作面矿压观测报告．西安：西安矿业学院，1997.12