煤矿冲击地压影响因素与防治技术研究

引言

煤矿冲击地压是煤矿开采过程中常见的一种动力灾害，具有突发性、猛烈性和破坏性等特点，严重威胁着煤矿的安全生产和人员的生命安全。随着煤矿开采深度的增加和开采强度的加大，冲击地压的发生频率和危害程度也在不断增加。因此，深入研究煤矿冲击地压的影响因素，并提出有效的防治技术，对于保障煤矿的安全生产具有重要意义。本文以大兴煤矿北二1202 回采工作面为例，通过分析该工作面的地质条件和开采技术条件，探讨冲击地压的影响因素，并提出相应的防治技术，以期为类似条件下的煤矿冲击地压防治提供参考。

1.煤矿冲击地压影响因素分析

1.1 地质因素

1.1.1 开采深度

开采深度是影响冲击地压发生的重要因素之一。随着开采深度的增加，上覆岩体的自重应力增大，煤岩体中积聚的弹性能也随之增加，从而增加了冲击地压发生的可能性和强度。大兴煤矿北二1202 回采工作面埋深约-696\~-750m，具备冲击地压发生的深度条件。

1.1.2 煤层及顶底板冲击倾向性

煤层及顶底板的冲击倾向性是煤岩体固有的一种内在物理属性，直接影响冲击地压的发生。大兴煤矿12 煤层具有弱冲击倾向性，顶板岩层具有强冲击倾向性，底板岩层具有弱冲击倾向性，这种组合条件增加了冲击地压发生的风险。根据测定，12 煤层动态破坏时间为 478ms，弹性能量指数为 2.96，冲击能量指数为 2.27，单轴抗压强度为 12.2MPa ，判定为弱冲击倾向性；顶板岩层弯曲能量指数为193kJ，判定为强冲击倾向性；底板岩层弯曲能量指数为114kJ，判定为弱冲击倾向性。

1.1.3 覆岩运动与顶板岩层结构特征

覆岩运动，特别是上覆厚硬岩层的赋存，是矿井发生冲击地压的主要物性条件影响因素之一。坚硬厚层顶板容易聚积大量的弹性能，在破碎或滑移过程中突然释放，形成强烈震动，导致冲击地压。大兴煤矿北二 1202 回采工作面基本顶为均厚 13.74m 的中砂岩，属较坚硬厚顶板，增加了冲击地压发生的可能性。工作面煤层上方 100m 厚度范围内顶板岩层特征参数值为 91.20m ，大于 50m ，表明顶板岩层结构特征对冲击地压有显著影响。

1.1.4 断层与火成岩构造

断层及其附近区域存在应力异常，当巷道或工作面回采距离断层时，易于出现能量积聚和应力集中，增加冲击地压的危险性。大兴煤矿北二1202 回采工作面发育多条断层，包括F4、fN1E-2、F43 号断层等，且局部发育火成岩构造，对冲击地压的发生有显著影响。火成岩构造预计向工作面内延伸 100m ，处于尖灭位置，硬度小，但受其影响，煤层局部会有变质现象，瓦斯含量增高。

1.2 开采技术因素

1.2.1 留底煤厚度

留有较厚底煤时，煤体成为承载主体，在冲击载荷作用下更易发生破坏，促进冲击地压的发生。大兴煤矿北二1202 回采工作面顺槽沿顶板回采，留有一定的底煤，对冲击地压的发生有一定影响。工作面回采期间应严格控制底煤厚度，避免底煤过厚导致冲击地压危险性增加。

1.2.2 本煤层及上部煤层采空煤柱影响

本煤层临近采区、工作面回采完毕后，周围煤体将出现高应力区，当在该高应力区域内进行采掘活动时，易于诱发冲击地压。同时，上部煤层采空煤柱也会形成集中高应力，增加冲击地压的风险。大兴煤矿北二1202 回采工作面受本煤层及上部煤层采空煤柱的影响显著，特别是与上部9 煤层和7 煤层采空区的位置关系，需加强监测和防范。

1.2.3 采掘扰动与巷道交叉拐弯

采掘活动引起的动载和巷道交叉拐弯处的应力集中也是诱发冲击地压的重要因素。大兴煤矿北二1202 回采工作面与临近采掘工作面的采掘距离严格按照规定制定和执行，但巷道交叉拐弯处仍需加强支护和监测。特别是在工作面初次来压、见方等关键时期，应严格控制采掘速度，避免采掘扰动加剧冲击地压危险性。

1.2.4 回采速度与工作面超前支承压力、来压影响

回采速度的控制对于减少冲击地压的发生至关重要。慢速匀速回采能有效地减少微震事件发生的次数，从而降低工作面冲击地压危险程度。同时，工作面超前支承压力和来压期间也是冲击地压的高发期，需加强监测和防范。大兴煤矿北二 1202 回采工作面建议弱冲击危险区域回采速度不超过 4.0m/d ，中等冲击危险区域回采速度不超过 3.2m/d ，并根据监测结果合理调整回采速度。

2.煤矿冲击地压防治技术研究

2.1 冲击地压监测技术

2.1.1 微震法监测

微震法作为一种高效的预测手段，通过精密监测煤岩体破裂时释放的微小震动，为冲击地压的预警提供了科学依据。大兴煤矿北二 1202 回采工作面引入了先进的 SOS 微震监测系统，该系统通过精心布局的拾震器网络，实现了对工作面及其周边区域微震活动的全方位、实时监测。拾震器被合理安置于运顺、回顺及北二12 层轨道中巷等关键位置，确保了监测数据的全面性和准确性，为及时发现并预警冲击地压危险奠定了坚实基础。

2.1.2 应力在线法监测

应力在线法监测技术通过连续追踪煤岩体内部的应力动态变化，为冲击地压的预防提供了关键数据支持。大兴煤矿北二 1202 回采工作面选用了 KJ24 应力在线监测系统，该系统在回采侧帮部精准布置了钻孔应力计，实现了对应力变化的实时、精准监测。监测方案特别设置了浅部与深部监测点，组间距严格控制在30 米以内，确保了工作面前方300 米超前支承压力影响区的全面覆盖。这一布局策略有效提升了应力监测的敏感性和预警的及时性，为冲击地压的防控提供了有力保障。

2.1.3 地音法监测

地音法监测聚焦于煤岩体在采动影响下产生的微小高频震动，是预测冲击地压的重要辅助手段。大兴煤矿北二 1202 回采工作面在两顺槽超前 30 至 200 米范围内广泛部署了地音监测系统，通过安装在实体煤侧的传感器，实现了对潜在冲击地压危险的早期发现。监测方案中，两顺槽各安装了两台传感器，间隔 100 米，确保了监测区域的广泛覆盖和数据的连续性。这一布局不仅提高了监测的灵敏度，还为制定针对性的防治措施提供了宝贵的时间窗口，有效降低了冲击地压的发生风险。

2.2 冲击地压防治技术

2.2.1 煤层注水预卸压

煤层注水作为一种主动防范冲击地压的有效措施，通过压力水的物理化学作用，能够显著改变煤体的物理力学性质，从而减弱甚至消除潜在的冲击危险。大兴煤矿北二1202 回采工作面采用了煤层静压注水技术，对煤层实施全方位、长时间的静压注水处理。该技术通过精确控制注水孔的施工技术参数，如钻孔长度、孔径以及封孔深度等，确保注水效果达到最佳。注水量的计算则基于煤层原始含水率与预计含水率增量，通过科学计算确定，以保证煤层能够得到充分湿润，进而有效降低煤体的冲击倾向性。此举不仅提升了煤层的稳定性，还为后续的采掘作业提供了更加安全的环境。

2.2.2 煤层卸压爆破解危

煤层卸压爆破技术通过爆破产生的震动波，在煤岩体内部形成裂隙和位移，有效释放积聚的弹性能，达到卸压解危的目的。大兴煤矿北二1202 回采工作面在监测确定的冲击危险区域，针对性地采用了煤层爆破卸压技术。爆破卸压参数经过精心设计，包括孔间距、孔深、孔径以及装药量等，均根据冲击危险区域的具体情况进行灵活调整，以确保爆破效果的最大化。同时，爆破卸压施工技术也严格遵循安全规范，包括封孔长度的精确控制、起爆方式的科学选择等，确保了爆破过程的安全性和有效性。此技术的应用，为大兴煤矿北二 1202 回采工作面的安全生产提供了有力保障。

2.2.3 特殊区段防冲设计

针对工作面巷道支护方案抗冲击能力、回采速度、中等冲击危险区域加强支护、超前支护、停采线外巷道群区域防冲以及留底煤卸压管理等特殊区段，大兴煤矿北二1202 回采工作面制定了详细的防冲设计方案。巷道支护方案采用锚杆、锚索、网联合支护，提高巷道的抗冲击能力。回采速度根据冲击危险性评价结果进行调整，确保匀速推采。中等冲击危险区域采用垛式支架加强支护，提高支护强度。超前支护段顶板管理采用替棚支架和液压支架支护，确保超前支护效果。停采线外巷道群区域加强冲击地压监测，发现危险立即解危。留底煤卸压管理在工作面留底煤厚度超过 1m 区域实施底板卸压措施，降低冲击地压危险性。

3.案例分析——大兴煤矿北二1202 回采工作面

3.1 工作面概况

大兴煤矿北二1202 回采工作面位于北二采区东部，可采走向长 615m ，切眼长 285m ，工作面可采面积为 175275m² 。工作面煤层全厚 2.40～4.40m ，平均厚度 3.42m ，煤层为黑色亮煤，节理发育、破碎，煤质较好。工作面顶板以中砂岩为主，底板以粉砂岩为主，地质构造复杂，断层发育。

3.2 冲击危险性评价

针对大兴煤矿北二1202 回采工作面的冲击危险性，本研究采用了综合指数法和多因素耦合法进行了全面评价。综合指数法通过综合考量地质条件、开采技术条件等多方面因素，计算得出工作面冲击危险指数 Wt=0.43，据此判定该工作面整体上属于弱冲击危险级别。而多因素耦合法则进一步细化了评价，将工作面精确划分为12 个冲击危险区域，其中5 个区域被评估为中等冲击危险，7 个区域为弱冲击危险。这一划分结果不仅揭示了工作面整体上的弱冲击危险特性，还明确指出了局部区域存在中等冲击危险的情况。综合两种方法的评价结果，可以清晰地看出，虽然大兴煤矿北二1202 回采工作面整体上冲击危险性不高，但仍需对局部中等冲击危险区域给予特别关注，并采取相应的防治措施以确保安全生产。

3.3 防治技术实施

根据冲击危险性评价结果，大兴煤矿北二1202 回采工作面实施了微震法、应力在线法和地音法监测，煤层注水预卸压，煤层卸压爆破解危等防治技术。同时，针对特殊区段制定了详细的防冲设计方案，包括巷道支护方案、回采速度控制、中等冲击危险区域加强支护、超前支护、停采线外巷道群区域防冲以及留底煤卸压管理等措施。通过实施这些防治技术，工作面的冲击地压危险性得到了有效控制，确保了安全生产。

结束语

煤矿冲击地压是煤矿开采过程中常见的一种动力灾害，其发生受多种因素的影响。通过深入分析大兴煤矿北二1202 回采工作面的地质条件和开采技术条件，本文探讨了冲击地压的影响因素，并提出了相应的防治技术。研究结果表明，综合考虑多种影响因素并采取科学合理的防治技术，对于预防和控制煤矿冲击地压具有重要意义。未来，随着煤矿开采技术的不断发展和进步，冲击地压的防治技术也将不断完善和创新，为煤矿的安全生产提供更加有力的保障。同时，加强煤矿冲击地压的监测和预警体系建设，提高煤矿工人的安全意识和应急处理能力，也是保障煤矿安全生产的重要措施。

参考文献

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