冲击地压致灾机理及其防控技术探析

摘要：冲击地压作为煤矿及深部矿山开采过程中常见的动力灾害之一，其突发性、剧烈性和破坏性对矿山安全生产构成了严重威胁。随着全球能源需求的持续增长和矿山开采深度的不断增加，冲击地压灾害的发生频率和危害程度也呈现出上升趋势。据相关统计，近年来因冲击地压导致的人员伤亡和经济损失事件频发，严重影响了矿山企业的正常运营和社会的稳定发展。因此，深入探究冲击地压的致灾机理，并研发有效的防控技术，对于保障矿山安全生产、促进矿业可持续发展具有重要意义。

关键词：冲击地压；致灾机理；防控技术

引言

随着煤炭资源开采深度的不断增加，冲击地压灾害日益加剧。冲击地压不仅导致巷道损坏、设备损毁，还可能造成人员伤亡，严重影响煤矿的安全生产。因此，深入研究冲击地压的致灾机理，探索有效的防控技术，对于保障矿井安全、提高生产效率具有重要意义。

1冲击地压致灾防控技术的重要性

1.1保障人员生命安全

冲击地压发生时，可能引发顶板垮落、煤岩体突然弹射等灾害，造成人员伤亡。有效的防控技术能够提前预警并采取卸压措施，降低灾害发生概率，为井下人员提供更安全的作业环境。

1.2维护矿井生产稳定

冲击地压灾害可能导致巷道变形、设备损坏，甚至造成矿井停产。通过科学防控技术，可减少灾害对生产系统的破坏，确保采掘工作面的正常推进，提高矿井的经济效益。

1.3促进矿山可持续发展

冲击地压防控技术的进步有助于提高煤矿开采的安全性和效率，减少资源浪费，延长矿井服务年限。同时，先进技术的应用可推动行业技术升级，为深部资源开发提供技术支撑，助力矿山绿色、高效、可持续发展。

2冲击地压致灾机理

2.1冲击地压定义

冲击地压是煤矿开采过程中一种典型的动力灾害，其本质是岩体内部积聚的高应力能量突然释放导致的动力失稳。这种现象多发生在具有坚硬顶板或煤层的深部矿井，当采掘活动打破原有应力平衡时，围岩系统会通过剧烈破坏来重新达到稳定状态。冲击地压发生时，煤岩体可能被抛射数米远，冲击波可摧毁支护设备，伴随的震动甚至能在地表被监测到。其破坏力与埋深、地质构造及开采方式密切相关，往往造成巷道坍塌、设备损毁等严重后果。

2.2致灾因素

冲击地压的致灾因素复杂多样，主要包括地质构造、矿体和围岩结构性质、开采深度以及水文地质条件等。在褶皱和断裂构造带，由于矿体弹性高、强度大，容易积聚能量并引发冲击地压；同时，当顶底板岩石致密、坚硬、裂隙少且厚度较大时，岩体抗变形能力增强，也更容易发生冲击地压。随着开采深度的增加，地应力不断增大，导致冲击地压的发生频率和强度相应提高。水文地质条件同样影响冲击地压的形成，围岩含水量较高时，会降低岩体强度，增加其失稳风险，从而加剧冲击地压的发生概率。

2.3发生机理

冲击地压的发生机理是一个多理论协同解释的复杂过程。强度理论从材料力学角度出发，认为当采动应力超过煤岩体的极限强度时，岩层发生突然破坏，这种破坏具有明显的脆性特征，尤其在坚硬完整的煤岩体中表现更为显著。能量理论则强调弹性能的积聚与释放过程，指出煤岩系统在开采扰动下不断积累应变能，当能量积聚达到临界值且系统平衡被打破时，储存的能量会以冲击形式突然释放。刚度理论补充了系统稳定性的观点，认为当围岩系统的刚度小于煤岩体刚度时，系统失去稳定平衡条件，容易诱发动力失稳。冲击倾向性理论则关注煤岩材料本身的物理特性，通过实验测定煤样的动态破坏时间、弹性能指数等参数，定量评价煤层的冲击倾向性。这些理论相互印证，共同揭示了高地应力环境下煤岩体从稳态到失稳的动态演化过程，为冲击地压的预测和防治提供了理论基础。

3冲击地压防控技术

3.1防范措施

冲击地压防范措施需结合采空区治理协同实施。在开采设计阶段，除三维地质建模外，应同步规划采空区充填方案，优先采用膏体充填或高水材料充填技术控制顶板垮落，充填体强度需达到5-10MPa以有效支撑覆岩荷载。对于构造复杂区域，采用定向钻孔注浆加固采空区边缘破碎带，注浆压力宜为3-8MPa，浆液扩散半径控制在10-15米。开采过程中需动态监测采空区压实状态，通过光纤传感技术实时反馈顶板沉降数据，结合微震监测优化充填参数。煤层注水时需同步考虑采空区积水影响，设置排水孔和挡水帷幕，防止水压诱发冲击。卸压爆破孔布置应避开采空区应力扰动带，爆破后及时实施矸石充填，形成人工支撑结构。

3.2解危措施

在冲击显现后实施解危措施时，需同步开展采空区稳定性动态评估。采用钻孔窥视仪探测采空区覆岩裂隙发育程度，结合声波测试确定破碎带范围，为注浆参数设计提供依据。高压注浆作业应采用双液注浆系统，A液为水泥基浆料（PO42.5水泥占比60%），B液为水玻璃溶液（模数2.4-2.8），通过双通道注浆泵实现即时混合，凝胶时间控制在3-8分钟。巷道修复过程中，在采空区侧帮布置倾斜钻孔（倾角45°-60°），安装玻璃钢锚杆（抗拉强度≥150MPa）形成立体支护网。对于大面积塌陷区，采用模块化充填工艺，先投掷速凝袋装材料（初凝<15分钟）封堵漏风通道，再泵送高流态充填料（坍落度≥240mm）实现致密充填。智能调控系统需接入注浆压力、流量实时数据，当注浆压力波动超过设定值±10%时自动调节泵送速率，确保充填体均匀度。在采空区边界带布设阵列式位移计（精度0.01mm），监测数据每10分钟更新至中央控制系统，形成注浆-支护-监测闭环管理。解危作业完成后，采用地质雷达（频率100MHz）扫描充填体完整性，检测范围覆盖治理区域100%，确保无未充填盲区。针对特厚煤层采空区，增设垂直钻孔群（间距6×6m）注入膨胀型充填材料（膨胀率≥30%），补偿覆岩沉降空间。解危期间持续采集微震事件b值，当b值回升至0.8以上且持续稳定48小时，判定采空区应力调整完成。

3.3监测预警技术

监测体系需扩展采空区专项监测模块。微震监测增设采空区阵列传感器，通过震动波速变化反演充填体密实度，当波速降幅超10%时预警充填失效风险。地音监测结合采空区声发射定位技术，识别顶板周期性断裂信号（频率20-200Hz）。引入分布式光纤监测采空区应变场，布设间距2米，温度分辨率0.1℃，应变精度±5με。应力监测孔应穿透采空区影响带（孔深≥1.5倍采高），采用空心包体应力计测量三维应力状态。通过多源数据融合建模，预警系统可提前72小时预测采空区失稳诱发的冲击风险，准确率提升至85%以上。

结束语

冲击地压是煤矿等地下工程中严重的动力灾害之一，其致灾机理复杂，防控技术多样。为了有效防治冲击地压，需要深入研究其发生机理和影响因素，探索更加有效的防控技术。未来，随着科技的进步和智能化技术的发展，冲击地压的防控将更加精准、高效。

参考文献

[1]刘勇，孙鹏宫，李广汉，等.深井宽煤柱工作面冲击地压致冲机理与分类防治技术研究[J].煤炭技术，2025，44（02）：15-20.

[2]李成良，孙如达.断层群影响下工作面冲击地压致灾机理研究[J].煤炭科技，2024，45（04）：134-140.

[3]朱俊傲.动载作用下煤矿智能化工作面冲击地压致灾机理研究[D].华北科技学院，2023.

[4]王磊，夏天糠.基于能量要素的冲击地压致灾机理分析[J].价值工程，2022，41（05）：113-115.

[5]赵庆民，深部建设矿井冲击地压致灾机理及分级防控技术.陕西省，陕西正通煤业有限责任公司，2016-12-28.