李鵬翔

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院 沈陽(yáng) 110819；2.深部金屬礦山安全開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng) 110819)

0 引言

近年來(lái)，隨著淺部資源煤炭的枯竭，開采深度逐年增加以及孤島工作面和殘采煤柱逐漸納入開采規(guī)劃，沖擊地壓災(zāi)害頻發(fā)。針對(duì)沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們提出了包括剛度理論、強(qiáng)度理論、能量理論、沖擊傾向性理論、變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論、三準(zhǔn)則、三因素理論等一系列相關(guān)的理論[1]。但由于沖擊地壓的復(fù)雜性，目前學(xué)術(shù)界還未對(duì)其形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，沖擊地壓的理論滯后于沖擊地壓的防治實(shí)踐。我國(guó)最早的沖擊地壓發(fā)生在1933年撫順勝利煤礦，沖擊地壓防治工作研究始于1978年，相比于其他采礦先進(jìn)國(guó)家(波蘭、德國(guó)、前蘇聯(lián))，我國(guó)針對(duì)沖擊地壓研究起步較晚，但我國(guó)是世界上采煤量最多的國(guó)家，也是受沖擊地壓災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家，因此對(duì)沖擊地壓的機(jī)理和防治研究非?；钴S。經(jīng)過多年努力，沖擊地壓防治技術(shù)工作已處于國(guó)際領(lǐng)先水平[2-8]。學(xué)者們提出的各種防治沖擊地壓的理論和措施、研發(fā)或提出的監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)，在防治沖擊地壓方面取得了不同程度的成功。目前針對(duì)沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警和防控技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究的還較少，基于此，筆者對(duì)沖擊地壓的影響因素、判別準(zhǔn)則、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和防控進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。

本文在系統(tǒng)整理大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了煤層發(fā)生沖擊地壓的主要影響因素。分析發(fā)現(xiàn)煤層自身具有沖擊傾向性是發(fā)生沖擊地壓的必要條件，應(yīng)力是煤層發(fā)生沖擊的外在動(dòng)力，煤層含水率和煤體完整性是主要外部影響因素。整理并分析了主要煤層沖擊傾向性判據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)主要沖擊地壓監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)性。最后，按開拓規(guī)劃設(shè)計(jì)、掘進(jìn)開采階段分別總結(jié)了現(xiàn)有的沖擊地壓防控措施。指出現(xiàn)有措施主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行沖擊地壓解危：降低應(yīng)力集中程度、降低煤體質(zhì)量、提高煤層含水量。

1 煤層發(fā)生沖擊地壓的主要影響因素

煤層發(fā)生沖擊地壓是內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。內(nèi)因?yàn)槊簩幼陨砭哂袥_擊傾向性，外因主要為二次擾動(dòng)應(yīng)力或者疊加動(dòng)載足夠高，達(dá)到煤體破壞的極限強(qiáng)度。外因還包括煤體含水率、煤體裂隙發(fā)育程度、瓦斯壓力等其他因素。

1.1 煤層沖擊傾向性因素(內(nèi)因)

沖擊傾向性是指煤巖產(chǎn)生沖擊破壞的一種能力，是某一煤層自身所具有的屬性，沖擊地壓發(fā)生強(qiáng)度和等級(jí)還依賴于眾多外部因素。以下列出了主要的煤層沖擊地壓傾向性判據(jù)。

(1)沖擊傾向性有效能比η

1973年波蘭學(xué)者M(jìn)OTYCAKA提出了沖擊傾向性有效能比指標(biāo)η[2]。η為煤(巖)樣單軸壓縮直至破壞，破碎巖塊拋射動(dòng)能Φk與試樣存儲(chǔ)的最大彈性應(yīng)變能ΦO之比的百分?jǐn)?shù)。η值越大，沖擊傾向性越大，其表達(dá)式與等級(jí)判別區(qū)間為

η=(ΦK/ΦO)×100%

(1)

(2)

(3)

式中，n為拋出巖塊的數(shù)量，mi和vi分別為第i塊巖塊的質(zhì)量和彈射速度(簡(jiǎn)化為平拋運(yùn)動(dòng)，并忽略空氣阻力)。

(4)

式中，σmax為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，εmax為峰值強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。

(2)彈性能量指數(shù)Wet

Wet=φsp/φst

(5)

(6)

(3)單軸壓縮破壞動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間判據(jù)Dt

1986年張萬(wàn)斌等[4]通過對(duì)大量煤樣試件的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，提出動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間判據(jù)。動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間是指巖石達(dá)到峰值強(qiáng)度直至完全破壞所用時(shí)間，破壞過程的長(zhǎng)短體現(xiàn)了能量累積與耗散動(dòng)態(tài)特征。沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)判據(jù)如下

(7)

(4)撫順龍鳳礦能量沖擊性指標(biāo)ACF及剛度沖擊性指標(biāo)KCF

1986年朱之芳[5]應(yīng)用煤樣單軸加載的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線并結(jié)合剛度理論提出了能量沖擊性指標(biāo)ACF和剛度沖擊性指標(biāo)KCF兩個(gè)沖擊傾向性指標(biāo)，并應(yīng)用于撫順龍鳳煤礦的沖擊危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。ACF為煤樣單軸加載時(shí)存儲(chǔ)的彈性能與巖石破壞消耗的能量之比，其判據(jù)范圍為

(8)

KCF為全應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值強(qiáng)度前彈性段的斜率(彈性模型)與峰后段斜率絕對(duì)值(降模量)的比值，其判據(jù)范圍為

(9)

(5)沖擊能量指數(shù)KE

煤樣的單軸全應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值前積蓄的變形能與峰值后耗損的變形能之比，用KE表示[6]，其判據(jù)范圍為

(10)

(6)煤的單軸抗壓強(qiáng)度Rc

煤的標(biāo)準(zhǔn)試件的單軸抗壓強(qiáng)度用Rc表示[6]，其判別區(qū)間為

(11)

(7)彈性變形指標(biāo)Ki

彈性變形能指標(biāo)由前蘇聯(lián)礦山測(cè)量研究總院提出[7]，煤樣在載荷大于單軸強(qiáng)度80%的條件下反復(fù)進(jìn)行加卸載，在此情況下得到的彈性變形量與總變形量之比即為彈性變形指標(biāo)Ki，其判別區(qū)間為

(12)

(8)剩余能量釋放速度指數(shù)WT

2009年張緒言等結(jié)合沖擊傾向性指標(biāo)和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間的，提出了剩余能量釋放速度指數(shù)WT[8]，表達(dá)式為

WT=Φy/Dt

(13)

Φy=ΦSE-A

(14)

式中，Φy為剩余能量，Dt為動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，ΦSE為積蓄的彈性能，A為峰后耗損的變形能。WT越大，表明煤樣破壞過程中單位時(shí)間內(nèi)釋放的剩余能量越多，煤樣破壞時(shí)動(dòng)能也越多，沖擊傾向性越高，判別區(qū)間為

(15)

(9)沖擊能量速度指數(shù)WST

2010年潘一山等[8]基于沖擊傾向性指標(biāo)，考慮煤巖破壞時(shí)彈性儲(chǔ)能、損耗能量及動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間因素，提出了沖擊能量速度指數(shù)WST，表達(dá)式為

(16)

式中，KE為沖擊能量指數(shù)，Dt為動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間。經(jīng)大量工程驗(yàn)證，沖擊傾向性判別區(qū)間為

(17)

從以上沖擊傾向性判據(jù)可以看出，除了動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間判據(jù)、強(qiáng)度判據(jù)，其余判據(jù)都是從能量的角度分析判斷煤層的沖擊傾向性。各指標(biāo)參數(shù)獲取多是通過煤試件的單軸抗壓實(shí)驗(yàn)，或依賴應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值前段或全應(yīng)力-應(yīng)變曲線或應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰后段。有的判據(jù)只考慮了峰前能量存儲(chǔ)與損耗如Wet，有的同時(shí)考慮了峰后能量的消耗如KE，WT，WST等，有的同時(shí)考慮峰后能量和時(shí)間因素如WT，WST，不難看出，這些指標(biāo)判據(jù)具有一定的關(guān)聯(lián)性。蘇承東等[9]、高蕓等[10]分析了不同指標(biāo)的相關(guān)性。目前，彈性能量指數(shù)、動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間、沖擊能量指數(shù)、煤的單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)用較為廣泛，同時(shí)也是《沖擊地壓測(cè)定、監(jiān)測(cè)與防治方法：第2部分 煤的沖擊傾向性分類及指數(shù)的測(cè)定方法》(GB/T 25217.2—2010)[6]所建議的鑒定煤層沖擊傾向性的方法。需要指出的是，這些判據(jù)均是對(duì)煤樣的沖擊傾向性判斷，現(xiàn)場(chǎng)巖體比煤樣復(fù)雜的多，煤樣并不能代表煤體(層)，沖擊傾向性高的煤樣是否發(fā)生沖擊、發(fā)生何種等級(jí)沖擊地壓還取決于圍巖地質(zhì)條件、地應(yīng)力、采煤方法及工藝等現(xiàn)場(chǎng)施工條件。

1.2 應(yīng)力因素(主要外因)

應(yīng)力因素是發(fā)生沖擊地壓的外部主導(dǎo)因素。室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)聲發(fā)射及微震監(jiān)測(cè)表明，煤、巖體發(fā)生破壞是一系列微破裂萌生、擴(kuò)展和貫通的過程。沖擊地壓作為煤體的一種猛烈的瞬間的破壞形式，其仍然存在一個(gè)孕育過程，即存在裂紋從萌生至貫通直到發(fā)生破壞的過程，這也是沖擊地壓能夠被現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)預(yù)警的基本原理。而微破裂的發(fā)展過程的動(dòng)力來(lái)自于應(yīng)力。在交通、水電等工程的隧洞，應(yīng)力條件判據(jù)是判斷是否會(huì)發(fā)生巖爆的重要判據(jù)[11]。而由于采煤工作面、回采巷道相對(duì)于線性隧洞工程來(lái)說(shuō)，開挖空間大，煤體受到反復(fù)加卸載，應(yīng)力路徑更為復(fù)雜，現(xiàn)階段還未有真正的應(yīng)力條件判據(jù)。潘一山等[8]基于穩(wěn)定性動(dòng)力準(zhǔn)則提出了在靜水壓力受力條件下圓形煤層巷道發(fā)生沖擊地壓的臨界巖體應(yīng)力，在此指標(biāo)的基礎(chǔ)上又相繼提出臨界軟化區(qū)域系數(shù)、臨界應(yīng)力系數(shù)等判別指標(biāo)。需要指出的是這些指標(biāo)均未考慮采動(dòng)影響對(duì)圓形煤層巷道的影響，同時(shí)把回采巷道類比成了交通、水電工程中的線性隧洞工程。

1.3 其他外因

(1)水對(duì)煤層沖擊傾向性的影響

許多學(xué)者研究了水對(duì)煤層沖擊傾向性的影響，研究發(fā)現(xiàn)煤樣的含水率升高會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度的降低、塑性的增強(qiáng)，進(jìn)而降低了沖擊傾向性[12]?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施煤層注水提高煤層的含水率就是降低了煤體的破壞強(qiáng)度、增加了煤層的塑性，從而達(dá)到降低煤層沖擊危險(xiǎn)性的目的。

(2)煤體質(zhì)量對(duì)煤層沖擊傾向性的影響

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，煤層沖擊地壓多發(fā)生在完整性較好的質(zhì)地硬脆的煤體中(堅(jiān)硬脆性的煤樣一般均具有沖擊傾向性)。完整性好、裂隙發(fā)育少是對(duì)煤體質(zhì)量的評(píng)價(jià)。當(dāng)煤體質(zhì)量較好時(shí)，煤體強(qiáng)度一般較高，同時(shí)裂隙發(fā)育少，易于存儲(chǔ)彈性能，可為沖擊地壓的發(fā)生積蓄能量；反之煤體可存儲(chǔ)的彈性能較小且易發(fā)生塑性破壞，此時(shí)不利于沖擊地壓的發(fā)生。在非煤礦山、深部地下工程中的巖爆，有針對(duì)巖體質(zhì)量對(duì)巖爆影響的判據(jù)?，F(xiàn)階段煤層沖擊地壓的煤體質(zhì)量判據(jù)并不多見[11]。

(3)瓦斯對(duì)煤層沖擊傾向性的影響

大量實(shí)驗(yàn)表明[13]，瓦斯的存在可降低煤樣的強(qiáng)度及儲(chǔ)能能力、增加破壞過程中的能量消耗，使煤樣由脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變，一定程度上弱化了煤的沖擊傾向性。需要注意的是隨著瓦斯含量的增加，發(fā)生煤與瓦斯突出的機(jī)率也隨之增大，由煤與瓦斯突出引起的沖擊地壓災(zāi)害不容忽視。

1.4 易發(fā)生沖擊地壓條件及區(qū)域

通過對(duì)眾多文獻(xiàn)中沖擊地壓案例的整理發(fā)現(xiàn)，沖擊地壓多在以下幾個(gè)區(qū)域(條件)發(fā)生：①應(yīng)力集中區(qū)，如孤島工作面，殘采區(qū)，回次巷道超前支承壓力影響區(qū)域等；②應(yīng)力異常區(qū)，斷層附近，褶曲等地質(zhì)構(gòu)造附近，煤層傾角變化帶，煤厚變化異常區(qū)；③頂板堅(jiān)硬條件(堅(jiān)硬頂板不能及時(shí)垮落，大面積懸頂而導(dǎo)致應(yīng)力和能量集聚)；④老頂初次來(lái)壓和周期來(lái)壓期間。

2 沖擊地壓現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

2.1 微震監(jiān)測(cè)法

眾所周知巖體損傷破壞是一序列巖體裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、貫通的演化過程。巖體裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展使得存儲(chǔ)在巖體內(nèi)部的彈性能得到部分釋放，并以彈性波的形式從破裂源向外傳播，從而形成微震事件。微震數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著巖體內(nèi)部的應(yīng)力和破裂變化發(fā)展趨勢(shì)的寶貴信息，通過監(jiān)測(cè)、分析巖體破裂損傷直至破壞過程中的微震信息，可以推斷巖體的損傷程度和發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而可分析巖體穩(wěn)定性狀態(tài)[14]。在我國(guó)煤礦領(lǐng)域，竇林名、姜福興分別研制出了Seicom分布式廣域網(wǎng)微地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和“震動(dòng)場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)”一體化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[1]。由于微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)范圍較大，且24 h三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤巖體破裂產(chǎn)生的微震事件，進(jìn)而評(píng)估監(jiān)測(cè)區(qū)域的沖擊傾向性風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估準(zhǔn)確率較高，因此廣泛應(yīng)用于沖擊地壓礦井中。在非煤礦山和地下深埋工程如地下廠房、隧洞巖爆預(yù)測(cè)預(yù)警中，微震監(jiān)測(cè)也有著較為廣泛的應(yīng)用[15]。近年來(lái)微震技術(shù)在礦山巖爆、沖擊地壓方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛，是一種比較有應(yīng)用前景的巖爆、沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)。

2.2 地音法

地音法較早應(yīng)用于波蘭等國(guó)的煤礦，于2008年引入我國(guó)煤礦領(lǐng)域。根據(jù)AE傳感器所監(jiān)測(cè)到的微破裂，確定異常高應(yīng)力區(qū)的位置，再將各臺(tái)地音探測(cè)器收到噪音信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行比較，從而確定該應(yīng)力的傳播方向。當(dāng)巖石臨近破壞時(shí)AE事件數(shù)迅速增加，如果傳感器接收的事件數(shù)大于某一閥值，意味著沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)較高。此方法的基本參數(shù)是能率E和大事件數(shù)頻度N，它們?cè)谝欢ǔ潭壬戏从硯r體內(nèi)部的破裂程度和應(yīng)力增長(zhǎng)速度[16]。沖擊地壓的孕育是能量累積和積蓄過程，能量的累積意味著聲發(fā)射有一個(gè)暫時(shí)的平靜期，因此AE活動(dòng)的平靜期可視為發(fā)生沖擊地壓的前兆。由于AE監(jiān)測(cè)的是高頻低能事件(能量衰減較快，傳播距離有限)，因此現(xiàn)在只能對(duì)局部小范圍巖體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3 電磁輻射法

這一方法首先由前蘇聯(lián)學(xué)者提出，20世紀(jì)90年代初期后，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)也開始了這項(xiàng)研究。先后研制出KBD5電磁輻射監(jiān)測(cè)儀和相關(guān)應(yīng)用軟件。研究表明，煤巖體破裂損傷過程中伴有不同程度的電磁輻射產(chǎn)生，通過研究沖擊地壓發(fā)生前表現(xiàn)出的電磁輻射規(guī)律可對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警[17]。電磁輻射強(qiáng)度與煤巖體所處的應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，應(yīng)力集中程度越高，沖擊地壓發(fā)生的概率和等級(jí)越高，電磁輻射強(qiáng)度也就越強(qiáng)。電磁輻射主要參數(shù)有電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)。電磁輻射法預(yù)測(cè)沖擊地壓具有可實(shí)現(xiàn)非接觸、連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)影響較小，但監(jiān)測(cè)范圍較小，一般只有數(shù)十米，易受到井下變頻設(shè)備干擾。

2.4 鉆屑法

鉆屑法是煤礦中一種常規(guī)的沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警方法，該方法于20世紀(jì)60年代在德國(guó)開始使用，目前已在國(guó)際上廣泛應(yīng)用，我國(guó)《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》和《煤礦安全規(guī)程》都將鉆屑法作為確定沖擊危險(xiǎn)程度和采取措施后檢驗(yàn)效果的方法。在工作面煤壁或者巷道兩幫，用煤電鉆鉆進(jìn)，取L為煤電鉆可鉆進(jìn)長(zhǎng)度，M為煤層厚度，沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)[18]為

(18)

鉆屑法打鉆需要占用作業(yè)時(shí)間，施工時(shí)間不靈活，對(duì)生產(chǎn)有一定影響且費(fèi)用較高。由于該方法易受到人工及煤巖體的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力集中狀況等其他因素的影響，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性在很大程度上取決于鉆孔布置及預(yù)測(cè)在空間和時(shí)間的選定。預(yù)測(cè)僅能反映鉆孔附近局部區(qū)域的沖擊地壓危險(xiǎn)程度，不能完全反映較大范圍的預(yù)測(cè)預(yù)警結(jié)果。

2.5 地震CT技術(shù)

聲波在煤巖體傳播過程中遇到異構(gòu)體，如斷層、褶皺、陷落柱、煤層異常變化時(shí)，其傳播路徑和參數(shù)會(huì)變法變化，通過聲波探測(cè)可以獲得異構(gòu)體的位置和規(guī)模[19]。地震CT主要有兩個(gè)技術(shù)參數(shù)用于評(píng)估沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)，即波速大小、波速變化。波速大小與巖性和巖體密實(shí)程度密切相關(guān)，對(duì)于同一種介質(zhì)，應(yīng)力集中系數(shù)越高，密實(shí)程度越高，波速越快，沖擊地壓發(fā)生的概率和等級(jí)越高。如前所述，巖體異構(gòu)結(jié)構(gòu)為沖擊地壓高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，速度變換異常區(qū)更容易發(fā)生沖擊地壓。王書文等[20]提出了應(yīng)力波速異常系數(shù)(AC)和波速梯度異常系數(shù)(GC)，并在此基礎(chǔ)上建立了沖擊地壓危險(xiǎn)性指數(shù)C，并給出了劃分標(biāo)準(zhǔn)為

(19)

2.6 其他方法

除了以上現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)預(yù)警沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的方法外，還有鉆孔應(yīng)力計(jì)法、支架載荷法、巷道變形測(cè)量法、電阻率法、水分法、震動(dòng)法等。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法主要對(duì)煤巖體的應(yīng)力、變形等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些參數(shù)與煤巖體的破裂損傷密切相關(guān)。盡管沖擊地壓發(fā)生時(shí)表現(xiàn)出瞬時(shí)性、猛烈性等特點(diǎn)，但從巖體損傷的角度沖擊地壓仍具有一定的孕育過程，通過“破譯”現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的原位數(shù)據(jù)，可以推斷沖擊地壓發(fā)生的可能性和等級(jí)。

3 沖擊地壓防控技術(shù)

3.1 開拓設(shè)計(jì)、規(guī)劃階段

首先應(yīng)用煤層沖擊傾向性判據(jù)對(duì)所開采煤層或礦井進(jìn)行沖擊傾向性判斷，當(dāng)存在沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)，在開拓、規(guī)劃設(shè)計(jì)階段可采用下列防控措施或技術(shù)：

(1)采取合理的開拓、采準(zhǔn)、回采巷道合理布置、優(yōu)選采煤工作面的開采順序，避免孤島工作面的產(chǎn)生。

(2)選取合理的采煤方法和工藝，如分層開采、充填開采等。

(3)解放層開采、預(yù)掘卸壓巷等，降低沖擊傾向性的高煤層的完整性，進(jìn)而降低煤體儲(chǔ)能能力，并減少應(yīng)力的集中。

(4)無(wú)煤柱開采、寬巷掘進(jìn)、寬巷留柱法。

3.2 掘進(jìn)、開采階段

在掘進(jìn)、開采階段主要采用上述的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，對(duì)沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)圈定，然后采取一系列沖擊地壓解危措施。由前面章節(jié)分析，應(yīng)力、煤層含水量、煤體完整程度對(duì)煤層的沖擊傾向性具有較大影響。現(xiàn)場(chǎng)采取的解危措施大多是從這幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

對(duì)預(yù)測(cè)預(yù)警沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域，可采用煤層高壓注水(改善煤體力學(xué)性質(zhì))、煤層卸壓爆破和大孔卸壓(既降低了應(yīng)力集中程度，又降低了煤體的完整性)、定向水力壓裂法等。對(duì)于堅(jiān)硬頂板懸頂引起的沖擊地壓，可采用頂板深孔爆破、強(qiáng)制放頂?shù)却胧┖褪侄危淖兠簬r層自身的沖擊傾向性，或?qū)⒏邞?yīng)力轉(zhuǎn)移或釋放，從而降低該區(qū)域的沖擊地壓危險(xiǎn)。

同時(shí)采取更有效的支護(hù)方法，提高支護(hù)體的抗沖擊能力，這是一種被動(dòng)支護(hù)方法，也是防護(hù)沖擊地壓的最后一道防線。在采煤工作面，采用門式液壓支架或垛式液壓支架、吸能液壓支架等。在回采巷道或煤巷掘進(jìn)工作面，采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿、U型鋼支護(hù)、恒阻大變形錨桿、吸能錨桿支護(hù)[1]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 分析了煤層發(fā)生沖擊地壓的主要影響因素。煤層自身具有沖擊傾向性是發(fā)生沖擊地壓的必要條件，應(yīng)力是煤層發(fā)生沖擊的外在動(dòng)力，煤層含水率和煤體完整性是主要外部影響因素。在考慮以上影響因素和綜合眾多文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，指出了易發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域。煤層沖擊地壓解危措施基本均是考慮以上幾點(diǎn)影響因素。

(2) 系統(tǒng)整理了煤層沖擊傾向性判據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有沖擊地壓判據(jù)大多基于能量理論，是對(duì)煤層自身是否具有沖擊傾向性的判斷。而其他因素作為判據(jù)的還較少，如類似于隧道線性工程中的應(yīng)力判據(jù)、煤體完整性判據(jù)。隨著工作面的綜采機(jī)械化，近年來(lái)發(fā)生在工作面的沖擊地壓呈下降趨勢(shì)，回采巷道和掘進(jìn)工作面的沖擊地壓災(zāi)害日益突出，可參考硬巖巖爆的應(yīng)力判據(jù)，修正煤層沖擊傾向應(yīng)力條件判據(jù)。

(3) 分析總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警的主要技術(shù)設(shè)備和方法，比較了優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，指出微震監(jiān)測(cè)是沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警比較有前途的方法。隨著監(jiān)測(cè)設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)警將會(huì)向即時(shí)化、精確化、自動(dòng)化發(fā)展。

(4) 按開采的設(shè)計(jì)、施工階段分別總結(jié)了現(xiàn)有的沖擊地壓防控措施?，F(xiàn)有措施主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行沖擊地壓解危：降低應(yīng)力集中程度、降低煤體質(zhì)量、提高煤層含水量，即“兩個(gè)降低、一個(gè)提高”。