摘 要：煤矿冲击地压显现具有多样性、突发性、危险性和普遍性等特征。冲击地压发生的自然条件是开采深度、地质构造以及煤层顶底板岩石的物理力学特征。防范冲击地压的根本措施能消除产生的条件，同时也要采取防护措施。
关键词：煤矿；冲击地压；井巷；开采技术
井巷或工作面周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象称为冲击地压。它是在高应力状态下发生的，该状态下积聚有大量弹性能的煤岩体突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，并伴随有声响、震动和冲击波，也被称作煤爆或岩爆。煤矿冲击地压有其明显的特征，采取行之有效的防范措施。
一、煤矿冲击地压显现的特征
1.突发性。发生前一般无明显前兆，冲击过程短暂，持续时间由几秒到几十秒。
2.多样性。一般表现为煤爆、浅部冲击和深部冲击。发生煤爆时，煤壁爆裂，并伴随有小块煤体抛射现象；浅部冲击发生在煤壁2～6 m范围内；深部冲击发生在煤体深处，声如闷雷，但破坏程度不同。最常见的是煤层冲击，也有来自岩层的顶底板冲击。在煤层冲击中，多数表现为煤抛出，少数表现为数十平方米的煤体整体移动，并伴随有巨大声响、岩体震动和冲击波。
3.危险性。冲击地压的危害极其严重，不仅影响正常生产，而且严重威胁井下人员的安全，发生时往往造成煤壁片帮、顶板下沉和底鼓、支架折损、设备移动、巷道堵塞和人员伤亡。
4.普遍性。在自然地质条件上，除褐煤以外的各种煤种都有冲击地压记录，开采深度从200～1 056 m，地质构造从简单到复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜；顶板包括砂岩、石灰岩，甚至油母页岩，都发生过冲击地压。在生产技术条件上，水采、炮采、普采和综采，全部垮落法或水力充填法等各种采煤工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶和楼式等各种采煤方法，都出现过冲击地压。
二、冲击地压发生的理论分析和原因分析
1.冲击地压理论
（1）强度理论。早期的强度理论着眼于煤岩体的破坏原因，认为井巷和采场周围产生应力集中，当应力达到煤岩体的极限强度时，煤岩体发生突然破坏，形成冲击地压。近代强度理论则注重矿体一围岩力学系统极限平衡条件的分析和推断，具有代表性的是夹持煤体理论。该理论认为，较坚硬的顶底板可将煤体夹紧，煤体夹持阻碍了深部煤体自身或煤体一围岩交界处的卸载变形。煤体夹持带不仅产生高度的应力集中和储存相当高的弹性能，而且高压带和高弹性能积聚区就位于煤壁附近，且承载能力储备小，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。因此，发生冲击地压的强度条件是煤岩体应力要等于或大于煤岩体系统的强度。
（2）能量理论。能量理论认为发生冲击地压需要大量能量，不仅矿体释放能量，围岩也释放能量。提出随着采掘范围的不断扩大，矿体一围岩系统在其力学平衡状态破坏时，可释放的能量大于消耗的能量时就发生冲击地压。
（3）冲击倾向理论。冲击倾向理论把煤岩介质具有冲击破坏的能力称为冲击倾向，煤岩介质的冲击倾向可用通过实验和实测得到的力学特性指标或指标组来度量，这些指标反映了煤岩介质发生冲击地压的可能程度，称为冲击倾向度。发生冲击地压的条件是介质实际的冲击倾向度大于等于规定的极限值。
（4）组合理论。组合理论把强度理论作为强度条件，把能量理论和冲击倾向理论作为突然破坏条件，认为只有3个条件同时满足，才是发生冲击地压的充分必要条件。
（5）失稳理论。失稳理论认为：根据岩石全应力应变曲线，在上凸的硬化阶段，煤岩抗变形的能力是增大的，介质是稳定的；在下凹软化阶段，由于外载超过其峰值强度，裂纹迅速传播和扩展，发生微裂纹密集而连通的现象，使其抗变形能力降低，在这个阶段介质是非稳定的。在非稳定的平衡状态中，一旦遇有外界微小扰动，则有可能失稳。从而在瞬间释放出大量能量，发生急剧猛烈的破坏，即冲击地压。冲击地压是一个十分复杂的矿山压力动力问题，上述理论都需要进一步完善和深入研究。
我国煤矿发生冲击地压的典型条件是煤的强度较高，性脆，顶板一般为厚度和强度均较大的砂岩。根据应力来源，冲击地压可分为重力型、构造应力型和二者并有的重力构造型。
2.冲击地压发生的原因分析
冲击地压发生的机理：高应力条件是冲击地压发生的外部条件，积聚大量的弹性能是发生冲击地压的动力源。煤岩具有储存能量的能力，并在破坏时能够瞬时释放是冲击地压发生的内部条件。因此，冲击地压发生的自然条件是开采深度、地质构造，以及煤层和顶底板岩石的物理力学特性。
三、防范冲击地压的开采技术措施
1.防范冲击地压的根本措施
根本措施是消除产生冲击地压的条件。有冲击地压危险的矿井必须实施合理开采部署这一根本措施，冲击地压严重的矿井，尤其是深矿井还必须采取其他根本措施中的一项或多项。
2.防范冲击地压的解危措施
解危措施是对已经形成冲击地压危险或可能具有冲击危险的地段进行解危处理，主要包括松动爆破和震动爆破。松动爆破是利用炸药爆炸的力量增加和扩大煤岩体的裂隙，从而改变煤岩体的力学特性。震动爆破是在应力集中区中借助于爆震波的影响，人为诱发强度较小的冲击地压，从而避免发生危害程度较大的冲击地压。大孔径钻孔卸压和巷道卸压也是解危措施的一种。
3.防范冲击地压的防护措施
防护措施是在发生小规模冲击地压时，尽量避免和减轻危害程度。在有冲击地压危险的深矿井工作面，有条件时应采用综采工艺，普采工作面宜使用单体液压支柱，且应加强切预排支护。巷道应有足够的断面，以适应中等以下冲击变形的要求，并采用高强度可缩性整体支架支护，以适应大变形的要求。
四、结语
消除产生地压的条件是防范深矿井中的冲击地压必须采取的根本性措施，由于地质条件和生产技术条件的复杂性，目前的技术还不能确切掌握发生冲击地压的时间和空间，不可避免地要形成一些具有冲击危险的地段。因而，解危措施和防护措施也是非常重要的。
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作者简介：赵广才（1968-），男，助理工程师，现在龙煤双鸭山分公司东荣三矿工作。
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