1 沖擊地壓的發(fā)生和震點的分布特點

1.1 沖擊地壓的發(fā)生

虎臺煤業(yè)分公司井田開采于1907年，設計能力300萬t/a，2001年核定能力320萬t/a，

采用斜豎井結合階段水平大巷開拓方式及綜合機械化放頂煤采煤方法開采。近年來，隨著開采深度的增加及接觸深部復雜的地質(zhì)構造，開采區(qū)域已深入到足以產(chǎn)生沖擊的構造應力場和重力應力場的“臨界深度”，因此頻繁發(fā)生沖擊地壓。特別是進入—580m水平下段及北翼開采后，逐漸接觸到深部復雜的地質(zhì)構造及煤層產(chǎn)狀，沖擊地壓顯現(xiàn)越來越頻繁，沖擊強度及破壞程度逐漸加大。其顯現(xiàn)特征：一是震級不大的煤爆發(fā)生較為頻繁，但威力不大，偶有片幫和煤塊拋射現(xiàn)象；二是淺部沖擊和深部沖擊較為強烈，但深部沖擊是發(fā)生在煤層深處，雖然威力（震級）較大，地面震感明顯，但井下破壞性不明顯；三是淺部沖擊地面震感不明顯或無震感，但對井下作業(yè)地點危害最大，發(fā)生前有時出現(xiàn)片幫、瓦斯增大或出現(xiàn)爆豆聲響等前兆。然而多數(shù)發(fā)生時沒有這些宏觀前兆而突然發(fā)作，破壞性較大，有時造成嚴重片幫、冒頂和底鼓、摧毀支架、堵塞巷道及顛翻設備；四是沖擊發(fā)生過程短暫，持續(xù)時間一般幾秒至十幾秒?；⑴_煤業(yè)分公司從1993～2002年共發(fā)生沖擊地壓38383次，其中大于1級（里氏震級）9315次，大于2級655次，大于3級44次，最大級達3.7級。

1.2 沖擊地壓的分布特點

自1993年起至今，沖擊地壓雖然遍布礦井各個區(qū)域，但主要集中在55001#二期綜放面、

54003#綜放面運輸順槽、68001#綜放面運輸順槽、 炮采已采區(qū)、—630m中央主副巷、63006#—II已采綜放面、68002#綜放面、 炮采區(qū)、78001#綜放面I～III期及78002#綜放面開切眼等共計10個局部區(qū)域。其分布具有以下特點：①地質(zhì)構造帶如斷層附近、向背斜軸部，是沖擊地壓多發(fā)帶；②采深越大，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)越多；③孤島煤柱區(qū)是沖擊地壓嚴重采區(qū)；④綜放面一分層（開采三分層煤）沖擊地壓顯現(xiàn)強烈；⑤綜放面一分層開采初期及接近終采時，沖擊地壓發(fā)生的較頻繁；⑥二分層（緩壓帶）幾乎不發(fā)生沖擊地壓；⑦從2001年下半年開始沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)呈下降趨勢。

2 沖擊地壓的成因

2.1 地質(zhì)構造的因素

構造應力場既是地殼構造運動和斷裂活動的動力因素，又是地層中區(qū)域應力狀態(tài)的重要組成部分。在構造應力場的作用下，一方面形成新的斷裂組合，同時對井下開采過程中的各種動力現(xiàn)象的發(fā)生起著至關重要的決定作用，構造應力是孕育沖擊地壓的主要動力環(huán)境因素。

（1）礦區(qū)煤田構造分析。撫順礦區(qū)的構造位于天山一陰山巨型緯向構造帶和華夏式構造帶交接復合部位，其特殊位置決定了其地質(zhì)構造比較復雜，是一個由多元構造體系復合而形成的多元、多向和多序的構造體系，主要有東西向陰山構造帶和北東50°～60°華夏式構造帶兩種。

（2）地質(zhì)構造對沖擊地壓的影響。老虎臺井田位于撫順煤田向斜中部，其中東翼，是一個東向西的向斜構造，西翼是一個北向南的緩向斜構造，共有14條大斷層。F1和Fl a斷層是控制區(qū)域內(nèi)構造環(huán)境的主要因素。礦區(qū)所發(fā)生的較大規(guī)模的沖擊地壓主要是受斷層和構造的特征、空間位置以及它們之間的相互關系所控制。從老虎臺井田內(nèi)部的小的環(huán)境看，14條大斷層及周圍形成的向背斜構造和次一級的斷裂構造，是引發(fā)沖擊地壓的主要原因，也是沖擊地壓發(fā)生次數(shù)最密集（特別是大震級）的地方。

2.2 開采深度的因素

近年來隨采深增加，沖擊地壓次數(shù)明顯增加，特別是1級以上沖擊地壓次數(shù)大幅度上升，從1993年的466次增加到2001年的2024次。從沖擊地壓發(fā)生實際情況分析，如果單從重力（開采深度）角度分析，總的看沖擊地壓發(fā)生次數(shù)和震級是與采深成正比，但在復雜的地質(zhì)構造帶附近，沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)和震級有時與采深并不成正比。如礦井東部區(qū)54003綜放面距地表深度630m（回采階段—540m），準備及回采期間發(fā)生一級以上沖擊地壓30次；與其同標高的東翼相鄰的54002綜放面，準備及回采期間一級以上沖擊地壓僅發(fā)生8次。同一采區(qū)內(nèi)，采深相同的不同工作面沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)差別比較明顯。

2.3 煤層性質(zhì)的因素

沖擊地壓的發(fā)生與煤的物理機械性能密切相關。煤質(zhì)中硬以下，彈性、脆性較大，光澤較強的煤易發(fā)生小型沖擊地壓；煤質(zhì)中硬，較均質(zhì)、致密，裂隙、層節(jié)理較不發(fā)育的煤易發(fā)生較大沖擊地壓；硬度很高的不易發(fā)生沖擊地壓。根據(jù)測試、實驗及多年實踐證明：礦井本層煤中三分層屬于中硬煤，彈、脆性較大，層、節(jié)理不很發(fā)育，易于發(fā)生沖擊地壓；四分層煤質(zhì)中硬，上述性質(zhì)較差，沖擊地壓發(fā)生次之；五分層屬于中硬以上煤，不易發(fā)生沖擊地壓。

從上述分析得出：礦井沖擊地壓不屬于單一重力型沖擊地壓。

2.4 采掘活動的因素

（1）炮采與沖擊地壓關系。以往炮采水運水砂充填采煤法開采時，采用的是分組開采，不但一分層發(fā)生沖擊地壓，而且二、三分層也發(fā)生沖擊地壓。1996年以前，沖擊地壓90%以上發(fā)生在炮采的采掘工作面，對采掘面的破壞十分嚴重，多次造成傷亡事故。分析其原因，一是開采過程中每個階段（50m段高）形成11個區(qū)間煤柱和12個段間煤柱，同時每個階段東西翼遺留一個孤島煤柱采區(qū)，這些煤柱都是高應力集中區(qū)，在此進行采掘活動，極易引發(fā)沖擊地壓。二是炮采時存在跨階段、跨水平開采，單位采區(qū)范圍?。ㄗ呦?00～500m），開采強度大，受此影響，井田區(qū)域內(nèi)應力狀態(tài)變化較大，采區(qū)間動壓互相影響，為沖擊地壓的發(fā)生提供了條件。三是炮采采用木支護管理頂板，水砂充填管理采空區(qū)，木支護屬剛性支護，抗沖擊能力低，無可縮性，充填河砂及頁巖使頂板不能自然垮落，不利于釋放頂板積聚的大量彈性能。四是炮采工作面采用爆破落煤，放炮震動極易引發(fā)沖擊地壓。所以，炮采水砂充填采煤法不適合沖擊地壓煤層開采。

（2）綜放開采與沖擊地壓的關系。綜放開采是目前特厚煤層較為先進的采煤方法。采用高強度液壓支架管理工作面頂板，采煤機割煤，自然垮落法管理采空區(qū)，巷道采用先進的錨網(wǎng)U型棚復合支護，這種采煤方法有利于防止沖擊地壓的發(fā)生。一是可以布置長距離大工作面，采區(qū)個數(shù)減少，使得礦井生產(chǎn)布局及開采程序更加合理。二是礦井區(qū)間煤柱減少，無段間煤柱，區(qū)內(nèi)條帶間實現(xiàn)無煤柱開采，采空區(qū)內(nèi)不殘留煤柱及支柱，煤柱高應力區(qū)大幅度減少，采區(qū)內(nèi)部也不會形成新的應力集中區(qū)。三是工作面液壓支架強度高（ZFS6000型），具有可縮性，采空區(qū)采用自然垮落法管理頂板，有利于釋放頂板內(nèi)積聚的大量彈性能。

（3）不同采煤方法與沖擊地壓關系。正如瓦斯、煤塵和自然發(fā)火一樣，沖擊地壓是與煤礦開采伴生的自然災害，只要進行采掘活動，就必然程序不同的引發(fā)沖擊地壓。20世紀70年代初，國內(nèi)煤礦開始采用放頂卸壓措施，通過放頂使頂板彈性能得到充分釋放，大大緩解了沖擊地壓發(fā)生的頻率及震級。撫順礦區(qū)以往炮采時，采用水砂充填法管理采空區(qū)，三個井工礦均有沖擊地壓發(fā)生。因此，采用何種采煤方法與沖擊地壓沒有必然的聯(lián)系，只不過能產(chǎn)生利弊不同程度的影響。

3 沖擊地壓的防治

（1）調(diào)整生產(chǎn)布局，減少煤柱高應力區(qū)。生產(chǎn)安排上將—730m水平原來按炮采劃分的50多個采區(qū)，按其賦存標高及產(chǎn)狀合并成東、中、西三個綜采區(qū)。在開采程度上，始終遵循自上而下、由南往北逐個條帶分層進行開采的原則。

（2）開展沖擊地壓預測預報。為了全面準確掌握全礦沖擊地壓危險性分布狀況、危險程度、在預測預報工作上進行了區(qū)域性和局部性預測預報。預測方法采用鉆粉法、電磁輻射法和礦壓觀測法。

（3）加大瓦斯抽放能力。為了提高瓦斯抽放量，降低瓦斯壓力，杜絕沖擊地壓引發(fā)瓦斯燃爆及煤與瓦斯突出事故，對瓦斯抽放系統(tǒng)進行了改造，礦井瓦斯抽放能力由350m3/min提高到500 m3/min以上，瓦斯抽放純量由1994年的0.75億m3增加到2001年1.3億m3。

（4）煤體注水卸壓。從改變煤體的物理機械特性入手，對煤體進行靜壓、高壓注水，以軟化煤體和緩解應力集中，達到卸壓的目的。

（5）超前卸壓鉆孔。在沖擊地壓嚴重的煤掘工作面，實施超前卸壓鉆孔，采取“兩掘一鉆”方式作業(yè)，即在每天的一循環(huán)中利用一個小班時間打7～10個超前卸壓鉆孔，上下兩排布置，每天施工一排孔，孔深為10m，掩護掘進施工，使掘進工作在卸壓圈內(nèi)進行，杜絕了煤掘工作面前方?jīng)_擊地壓的發(fā)生。

（6）深孔卸壓爆破。根據(jù)虎臺煤業(yè)分公司沖擊地壓發(fā)生的原因主要是構造應力和集中應力引起的特點，為減少沖擊地壓對巷道的破壞，對地質(zhì)構造、煤柱等應力集中區(qū)和電磁輻射值超標地點，采取深孔爆破卸壓措施，使構造應力和集中應力得以緩慢釋放，從而起到減震目的。

（7）提高綜放面裝備水平。提高工作面支架阻力，型號由原來的ZFS4000—18/28提高到ZFS6000—18/28，已采的68001#及78001#綜放面雖然發(fā)生多次較大沖擊地壓，但沒有發(fā)生壓死支架現(xiàn)象及造成傷亡事故。

（8）改革巷道支護方法。為了解決落后的T鐵棚剛性支護抗沖擊能力差的問題，先后幾次對巷道支護進行了改革，其形式有U型鋼可縮支護、圓型支架、錨網(wǎng)支護、錨網(wǎng)和U型支架聯(lián)合支護等；并在沖擊地壓較嚴重的巷道采用全長錨固支護形式，其抗沖擊效果更為明顯。

（9）強化現(xiàn)場安全防護。為減少沖擊地壓造成的損失，制定了5項31條預防沖擊地壓的安全防護措施，采取了合理安排勞動組織、分散作業(yè)人員、限制作業(yè)人數(shù)及作業(yè)時間、及時清理作業(yè)現(xiàn)場閑置設備、必備的設備設施進行捆綁固定、縮小U型棚支護棚距、每架U型棚打六個卡子、延長掘進工作面躲炮時間（不低于30 min）等一系列措施，成功地躲過了數(shù)次較大的沖擊地壓。

4 沖擊地壓的防治效果

（1）有破壞性的沖擊地壓次數(shù)減少。2001年礦井共發(fā)生有破壞性沖擊地壓59次，1～6月份發(fā)生34次，月平均5.6次；從6月份開展高壓注水后，7～12月份共發(fā)生21次，月平均3.5次。總共下降13次，月平均下降2.1次，下降率為37.5%；從三季度開始高壓注水與深孔爆破技術聯(lián)合運用后，四季度共發(fā)生4次，月平均1.3次，比1～6月份平均下降4.3次，下降率為76.8%。

（2）沖擊地壓對巷道破壞程度減少。從2001年1月到2002年1月因沖擊地壓破壞巷道總長度為2585m，1～9月份為2028m，月平均225m；10 月份開始高壓注水與深孔爆破解危措施聯(lián)合使用后，10月份到2002年1月巷道損壞557m，月平均139m，月平均減少86m。

（3）沖擊地壓損壞的支架明顯減少。2001年1月至2002年1月因沖擊地壓損壞的支架共454架，其中1～9月份為425架，月平均47架；而10月份以后的4個月共損壞49架，月平均12架，下降率為75%。

（4）杜絕了因沖擊地壓造成的死亡事故。自采取“四位一體”綜合防治措施以來，杜絕了因沖擊地壓造成的死亡事故，人身傷害事故也大幅度降低。

（王慶陽 張德利 李國宏）