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摘 要： 介绍煤矿冲击地压的特征、分类及成因机理，对于冲击地压发生的预报方法。
关键词： 煤矿；冲击地压；分类
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210091－01
1 冲击地压概况
冲击地压又称岩爆被称作煤矿的冷血杀手。近二十年来，我国已有50余个煤矿发生了冲击地压。比较突出的有大同矿务局忻州窑煤矿、抚顺矿务局龙风煤矿、枣庄矿务局陶庄煤矿、四川省天池煤矿等。2011年11月3日11月3日晚上19时45分，义马煤业集团公司千秋煤矿发生冲击地压事故，冲击地压发生后，义煤集团公司迅速成立了抢险救灾领导小组，紧急启动应急救援预案，实施抢险救援。事故造成4名矿工遇难，14人安全升井，57人被困井下。
2 我国煤矿冲击地压特征
1）突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间为几秒到几十秒。2）一般表现为煤爆（煤壁爆裂、小块抛射）。浅部冲击（发生在煤壁2m～6m范围内，破坏性大）和深部冲击（发生在煤体深处，声如闷雷，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，少数矿井发生了岩爆。3）具有破坏性。往往造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、人员伤亡。4）具有复杂性。在自然地质条件上，除揭煤以外的各煤种，采深从200m～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层厚度从薄层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩等，都发生过冲击地压。
3 冲击地压分类
冲击地压可根据应力状态、显现强度和发生的不同地点和位置进行分类。
3.1 根据原岩（煤）体的应力状态分类。1）重力应力型冲击地压。主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压。如枣庄、抚顺、开滦等矿区发生的冲击地压。2）构造应力型冲击地压。主要受构造应力（构造应力远远超过岩层自重应力）的作用引起的冲击地压，如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压。3）中间型或重力～构造型冲击地压。主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。
3.2 根据冲击的显现强度分类。1）弹射。一些单个碎块从处于高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，煤、岩并不向已采空间抛出，只有片带或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。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。
3.3 根据震级强度和抛出的煤量分类
1）轻微冲击：抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击地压。2）中等冲击：抛出煤量在10t～50t以下，震级在1级～2级的冲击地压。3）强烈冲击：抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。一般面波震级Ms=1时，矿区附近部分居民有震感；Ms=2时，对井上下有不同程度的破坏；Ms>2时，地面建筑物将出现明显裂缝破坏。
4 冲击地压成因的机理
4.1 强度理论。该理论认为，冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体——围岩力学系统的综合强度。
其机理为：较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤体——围岩交界处的变形。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。
4.2 能量理论。该理论认为：当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。
4.3 冲击倾向理论。该理论认为：发生冲击地压的条件是煤体的冲击倾向度大于实验所确定的极限值。可利用一些试验或实测指标对发生冲击矿压可能程度进行估计或预测，这种指标的量度称为冲击倾向度。
上述三种理论提出了发生冲击地压的三个准则，即强度准则、能量准则和冲击倾向度准则。其中强度准则是煤体破坏准则，能量准则和冲击倾向度准则是突然破坏准则。三个准则同时成立，才是产生冲击地压的充分必要条件
5 冲击地压预报
5.1 WET法。该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总院规定：WET>5为强冲击倾向；2 5.2 弹性变形法。它是前苏联矿山测量研究院提出的用于测定冲击地压的方法。即在载荷不小于强度极限80％的条件下，用反复加载和卸载循环得到的弹性变形量与总变形量之比（K），作为衡量冲击倾向度的指标。当K≥0.7时，有发生冲击地压的危险。
5.3 煤岩强度和弹性系数法。该方法是用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，作为衡量冲击倾向度的指标。这种方法较为简单，经常用作辅助指标。其指标的界限值必须根据各矿井的试样进行试验确定。
5.3.1 钻粉率指标法。钻粉率指标法又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径（42mm～45mm）钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。
5.3.2 地音、微震监测法。岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射亦称为地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的能量释放过程。由此可知，地音监测法的原理是，用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。
5.4 工程地震探测法。用人工方法造成地震，探测这种地震波的传插速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析、判断发生冲击地压的倾向度。
5.5 综合测定法。为了能够更准确地判断出发生冲击地压的地点和时间，可同时采用上述两种以上的方法，根据多因素的变化，综合加以确定。
作者简介：
薛辉（1968-），男，安徽省濉溪县人，1990年毕业于北京煤炭工业学校，助理工程师，现任皖北煤电集团钱营孜煤矿掘进事业部党支部书记。
关键词： 煤矿；冲击地压；分类
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210091－01
1 冲击地压概况
冲击地压又称岩爆被称作煤矿的冷血杀手。近二十年来，我国已有50余个煤矿发生了冲击地压。比较突出的有大同矿务局忻州窑煤矿、抚顺矿务局龙风煤矿、枣庄矿务局陶庄煤矿、四川省天池煤矿等。2011年11月3日11月3日晚上19时45分，义马煤业集团公司千秋煤矿发生冲击地压事故，冲击地压发生后，义煤集团公司迅速成立了抢险救灾领导小组，紧急启动应急救援预案，实施抢险救援。事故造成4名矿工遇难，14人安全升井，57人被困井下。
2 我国煤矿冲击地压特征
1）突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间为几秒到几十秒。2）一般表现为煤爆（煤壁爆裂、小块抛射）。浅部冲击（发生在煤壁2m～6m范围内，破坏性大）和深部冲击（发生在煤体深处，声如闷雷，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，少数矿井发生了岩爆。3）具有破坏性。往往造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、人员伤亡。4）具有复杂性。在自然地质条件上，除揭煤以外的各煤种，采深从200m～1000m，地质构造从简单到复杂，煤层厚度从薄层到特厚层，倾角从水平到急斜，顶板包括砂岩、灰岩等，都发生过冲击地压。
3 冲击地压分类
冲击地压可根据应力状态、显现强度和发生的不同地点和位置进行分类。
3.1 根据原岩（煤）体的应力状态分类。1）重力应力型冲击地压。主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条件下引起的冲击地压。如枣庄、抚顺、开滦等矿区发生的冲击地压。2）构造应力型冲击地压。主要受构造应力（构造应力远远超过岩层自重应力）的作用引起的冲击地压，如北票矿务局和天池煤矿发生的冲击地压。3）中间型或重力～构造型冲击地压。主要受重力和构造应力的共同作用引起的冲击地压。
3.2 根据冲击的显现强度分类。1）弹射。一些单个碎块从处于高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，煤、岩并不向已采空间抛出，只有片带或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，伴有巨大声响，有时产生煤尘。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。
3.3 根据震级强度和抛出的煤量分类
1）轻微冲击：抛出煤量在10t以下，震级在1级以下的冲击地压。2）中等冲击：抛出煤量在10t～50t以下，震级在1级～2级的冲击地压。3）强烈冲击：抛出煤量在50t以上，震级在2级以上的冲击地压。一般面波震级Ms=1时，矿区附近部分居民有震感；Ms=2时，对井上下有不同程度的破坏；Ms>2时，地面建筑物将出现明显裂缝破坏。
4 冲击地压成因的机理
4.1 强度理论。该理论认为，冲击地压发生的条件是矿山压力大于煤体——围岩力学系统的综合强度。
其机理为：较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，阻碍了深部煤体自身或煤体——围岩交界处的变形。由于平行于层面的摩擦阻力和侧向阻力阻碍了煤体沿层面的移动，使煤体更加压实，承受更高的压力，积蓄较多的弹性能。从极限平衡和弹性能释放的意义上来看，夹持起了闭锁作用。在煤体夹持带内，压力高、并储存有相当高的弹性能，高压带和弹性能积聚区可位于煤壁附近。一旦高应力突然加大或系统阻力突然减小时，煤体可产生突然破坏和运动，抛向已采空间，形成冲击地压。
4.2 能量理论。该理论认为：当矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于其破坏所消耗能量时，就会发生冲击地压。
4.3 冲击倾向理论。该理论认为：发生冲击地压的条件是煤体的冲击倾向度大于实验所确定的极限值。可利用一些试验或实测指标对发生冲击矿压可能程度进行估计或预测，这种指标的量度称为冲击倾向度。
上述三种理论提出了发生冲击地压的三个准则，即强度准则、能量准则和冲击倾向度准则。其中强度准则是煤体破坏准则，能量准则和冲击倾向度准则是突然破坏准则。三个准则同时成立，才是产生冲击地压的充分必要条件
5 冲击地压预报
5.1 WET法。该方法是波兰采矿研究总院提出的，用于测定煤层冲击倾向。WET为弹性能与永久变形消耗能之比。波兰采矿研究总院规定：WET>5为强冲击倾向；2
5.3 煤岩强度和弹性系数法。该方法是用煤岩的单向抗压强度或弹性模量的绝对值，作为衡量冲击倾向度的指标。这种方法较为简单，经常用作辅助指标。其指标的界限值必须根据各矿井的试样进行试验确定。
5.3.1 钻粉率指标法。钻粉率指标法又称为钻粉率指数法或钻孔检验法。它是用小直径（42mm～45mm）钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。
5.3.2 地音、微震监测法。岩石在压力作用下发生变形和开裂破坏过程中，必然以脉冲形式释放弹性能，产生应力波或声发射现象。这种声发射亦称为地音。显然，声发射信号的强弱反映了煤岩体破坏时的能量释放过程。由此可知，地音监测法的原理是，用微震仪或拾震器连续或间断地监测岩体的地音现象。
5.4 工程地震探测法。用人工方法造成地震，探测这种地震波的传插速度，编制出波速与时间的关系图，波速增大段表示有较大的应力作用，结合地质和开采技术条件分析、判断发生冲击地压的倾向度。
5.5 综合测定法。为了能够更准确地判断出发生冲击地压的地点和时间，可同时采用上述两种以上的方法，根据多因素的变化，综合加以确定。
作者简介：
薛辉（1968-），男，安徽省濉溪县人，1990年毕业于北京煤炭工业学校，助理工程师，现任皖北煤电集团钱营孜煤矿掘进事业部党支部书记。