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沖擊地壓又稱巖爆，是煤礦開采中典型的動力災害之一，通常是在煤巖力學系統達到極限強度時，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導致煤巖層瞬時破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故。

沖擊地壓的顯現特征為:突發性、瞬時震動性及破壞性。發生時，一般無明顯宏觀前兆，以突然、急劇、猛烈的形式釋放煤巖體變形能，煤巖體被拋出，造成支護體損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、傷及人員，并伴隨巨大聲響和巖體震動。在中國，沖擊地壓作為一種特殊的礦壓顯現形式，已成為煤礦開采，特別是深部開采礦井的主要災害，嚴重威脅著煤礦的安全生產。

2023年11月28日，黑龍江省龍煤雙鴨山市礦業有限責任公司雙陽煤礦發生沖擊地壓頂板事故。

災害形式

沖擊地壓災害是以急劇、猛烈的方式釋放煤巖體能量的一種動力現象，可瞬間拋出大量煤巖體，造成巷道支護破壞、巷道斷面收縮甚至完全封閉、設備掀翻或損壞以及人員傷亡。沖擊地壓發生時常常伴隨有巨大的聲響和震動，震波可傳播幾千米甚至幾十千米。沖擊地壓一般沒有明顯的宏觀征兆。

主要分類

國內外學者從不同的角度提出了不同的沖擊地壓分類方法。如按發生位置將沖擊地壓分為煤層沖擊地壓、頂板沖擊地壓和底板沖擊地壓;按沖擊壓力來源將其分為重力型、構造型和重力-構造型;按沖擊能大小將其分為微沖擊、弱沖擊中等沖擊、強沖擊和災難性沖擊等;Rice 等根據煤巖材料的受載類型和破壞形式將其分為靜載引起的應力型沖擊失穩和動載引起的震動型沖擊失穩:佩圖霍夫從沖擊地壓與工作面的位置關系出發將其分為兩類:一是工作面附近的由采掘活動直接引起的沖擊地壓;另一類是遠離工作面由于礦區或井田內大區域范圍的應力重分布引起的沖擊地壓。潘一山等提出將沖擊地壓分為煤體壓縮型沖擊地壓、頂板斷裂型沖擊地壓和斷層錯動型沖擊地壓3種基本類型;何滿潮等為了突出煤巖沖擊失穩的本源和主要影響因素，通過分析煤巖沖擊失穩的能量聚積和轉化特征，將沖擊地壓分為單一能量誘發型和復合能量轉化誘發型兩類，其中單一能量型包括固體能量誘發型、氣體能量誘發型、液體能量誘發型、頂板垮落能量誘發型和構造能量誘發型。也有很多學者根據煤巖體沖擊失穩物理特征將沖擊地壓分為3類:第一類巖爆型沖擊地壓，是指在高應力作用下，煤巖材料發生彈射、爆炸式的破壞;第二類頂板垮落型沖擊地壓，上覆厚且堅硬的頂板懸伸在礦柱上，達到一定跨度折斷或垮落時對礦柱形成壓力波，引起礦柱煤體的瞬時破壞;第三類構造型沖擊地壓，構造應力作用下，煤巖體發生突然的失穩沖擊。姜耀東等根據應力狀態導致煤巖體的突然失穩破壞的本質對沖擊地壓分為 3類:材料失穩型沖擊地壓、滑移錯動型沖擊地壓和結構失穩型沖擊地壓。

主要特征

沖擊地壓的顯現特征為:突發性、瞬時震動性及破壞性。發生時，一般無明顯宏觀前兆，以突然、急劇、猛烈的形式釋放煤巖體變形能，煤巖體被拋出，造成支護體損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、傷及人員，并伴隨巨大聲響和巖體震動，震動時間從幾秒到幾十秒,沖出的煤巖從幾噸到幾百噸，甚至上千噸，往往給生產與生命財產造成嚴重威脅。

成因與機理

對沖擊地壓成因和機理的解釋主要有強度理論、能量理論沖擊傾向理論和失穩理論。

1.強度理論

該理論認為，沖擊地壓發生的條件是礦山壓力大于煤體圍巖力學系統的綜合強度。其機理為:較堅硬的頂底板可將煤體夾緊，阻礙了深部煤體自身或煤體一-圍巖交界處的變形。由于平行于層面的摩擦阻力和側向阻力阻礙了煤體沿層面的移動，使煤體更加壓實，承受更高的壓力,積蓄較多的彈性能。從極限平衡和彈性能釋放的意義上來看,夾持起了閉鎖作用。在煤體夾持帶內,壓力高、并儲存有相當高的彈性能,高壓帶和彈性能積聚區可位于煤壁附近。一旦高應力突然加大或系統阻力突然減小時,煤體可產生突然破壞和運動,拋向已采空間,形成沖擊地壓。

2.能量理論

該理論認為，當礦體與圍巖系統的力學平衡狀態破壞后所釋放的能量大于其破壞所消耗能量時,就會發生沖擊地壓。剛性理論也是一種能量理論,它認為發生沖擊地壓的條件是:礦山結構(礦體)的剛度大于礦山負荷系(圍巖)的剛度即系統內所儲存的能量大于消耗于破壞和運動的能量時,將發生沖擊地壓。但這種理論并未得到充分證實,即在圍巖剛度大于煤體剛度的條件下也發生了沖擊地壓。

3.沖擊傾向理論

該理論認為，發生沖擊地壓的條件是煤體的沖擊傾向度大于實驗所確定的極限值。可利用一些試驗或實測指標對發生沖擊礦壓可能程度進行估計或預測，這種指標的量度稱為沖擊傾向度。

4.失穩理論

近年來,中國一些學者認為,根據巖石全應力一應變曲線,在上凸硬化階段,煤巖抗變形(包括裂紋和裂縫)的能力是增大的，介質是穩定的;在下凹軟化階段,由于外載超過其峰值強度,裂紋迅速傳播和擴展,發生微裂紋密集而連通的現象,使其抗變形能力降低,介質是非穩定的。在非穩定的平衡狀態中，一旦遇有外界微小擾動,則有可能失穩，從而在瞬間釋放大量能量，發生急劇、猛烈的破壞,即沖擊地壓。由此,介質的強度和穩定性是發生沖擊的重要條件之一。雖然有時外載未達到峰值強度，但由于煤巖的蠕變性質,在長期作用下其變形會隨時間而增大,進入軟化階段。這種靜疲勞現象,可以使介質處于不穩定狀態。在失穩過程中系統所釋放的能量可使煤巖從靜態變為動態過程，即發生急劇、猛烈的破壞。

機理研究

對煤巖體沖擊地壓的研究，國內外曾提出了多種理論。按現代力學觀點來看，煤巖體沖擊地壓理論主要有以下幾種:

(1) 強度理論:強度理論認為煤巖體破壞的原因，實際上是煤巖體的強度問題，并從經驗統計得到沖擊地壓與地應力及巖體強度的近似規律。

(2)剛度理論:剛度理論最早由 Metyxob 提出，如果峰值強度后巖石的剛度大于壓力機的剛度，則儲存在壓力機巖石系統的能量將大于峰值強度后巖石所做的功，巖石將會發生不可控制的猛烈破壞，即發生沖擊地壓N.GwCook 等將巖石試樣在強度極限附近發生突然破壞的剛度條件作為礦柱發生沖擊地壓的條件，當礦體剛度大于圍巖剛度則發生沖擊地壓。

(3)能量理論:能量理論認為沖擊地壓發生時所需能量不僅與破壞巖體有關，還與圍巖有關。沖擊地壓發生后，原有巖體-圍巖系統的平衡狀態被打破轉變為新的平衡狀態，因而提出巖體-圍巖系統的力學平衡狀態被打破時，若其釋放的能量大于所消耗的能量則發生沖擊地壓。

(4) 沖擊傾向理論:不同的煤層發生沖擊地壓的強弱程度各不相同。針對這一事實國內外許多學者提出了煤巖體的沖擊傾向理論，該理論認為當煤巖體的沖擊傾向度 Ke大于其臨界值 Kc時，就會發生沖擊地壓。國內外已提出的衡量煤巖體沖擊傾向的指標概括起來主要表現在煤巖體的能量、破壞時間、變形大小和剛度四個方面。

(5) 三準則理論:該理論是中國學者在總結了強度理論、能量理論和沖擊傾向理論之后所提出來的。其基本觀點是將上述三種理論結合起來，并且認為強度準則是煤巖體的破壞準則，而能量準則和沖擊傾向準則是煤巖體突然破壞準則，只有當三個準則同時滿足時，才能發生沖擊地壓。

(6)變形系統的失穩理論:煤巖體變形系統失穩理論提出了煤巖體系統發生沖擊地壓的失穩判據。

(7)突變理論:突變理論主要從建立煤巖體的尖點突變模型(Cuspmodel)出發，對影響煤巖體的主要控制因素，即頂底板壓力、剛度和煤巖的損傷擴展耗散能量的定量分析，來定性地解釋發生沖擊地壓的機理。

(8)分形理論:分形理論是利用分形幾何學(Fractal Geometry)的方法來研究沖擊地壓發生的機理和預測預報手段，主要對沖擊地壓和巖爆的分形特征及微震活動的時空變化的分形特征進行了試驗研究。這一理論目前的主要研究成果是，在沖擊地壓和巖爆發生前，微震活動均勻地分布在高應力區，這時分形維數值較高，而臨近沖擊地壓發生時，微震活動集聚，其分形維數值較低，也即分形維數值隨巖石微斷裂的增多而減小，最低的分形維數值則出現在臨近沖擊地壓發生時。

產生危害

沖擊地壓是煤礦開采中典型的動力災害之一，通常是在煤巖力學系統達到極限強度時，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導致煤巖層瞬時破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故。沖擊地壓發生前一般沒有明顯的前兆，發生過程短暫，持續震動時間不超過幾十秒。在中國，沖擊地壓作為一種特殊的礦壓顯現形式，已成為煤礦開采，特別是深部開采礦井的主要災害，嚴重威脅著煤礦的安全生產。沖擊地壓有時導致強烈瓦斯涌出，有時還因大量粉塵引起爆炸，造成更大的破壞。沖擊地壓以煤礦最嚴重，其他金屬、非金屬礦也時有發生。此外，在隧道和坑道施工中有時也發生沖擊地壓災害。

災害預測

(一)WET 法

該方法是波蘭采礦研究總院提出的，用于測定煤層沖擊傾向。WET為彈性能與永久變形消耗能之比。波蘭采礦研究總院規定:WET>5為強沖擊傾向;2

(二)彈性變形法

該方法是蘇聯礦山測量研究院提出的用于測定沖擊地壓的方法。即在載荷不小于強度極限80%的條件下,用反復加載和卸載循環得到的彈性變形量與總變形量之比(K),作為衡量沖擊傾向度的指標。當K>0.7時,有發生沖擊地壓的危險。

(三)煤巖強度和彈性系數法

該方法是用煤巖的單向抗壓強度或彈性模量的絕對值，作為衡量沖擊傾向度的指標。這種方法較為簡單,經常用做輔助指標。其指標的界限值必須根據各礦井的試樣進行試驗確定。《煤礦安全規程》規定:開采沖擊地壓煤層時,沖擊危險程度和采取措施后的實際效率，可采用鉆粉率指標法、地音法、微震法等確定。

防治方法

(1)超前開采保護層。

(2)無煤柱開采,在采區內不留煤柱和煤體突出部分,禁止在鄰近層煤柱的影響范圍內開采。

(3)合理安排開采順序,避免形成三面采空狀態的回采區段或條帶和在采煤工作面前方掘進巷道,必要時應在巖石或安全層內掘進巷道,禁止工作面對采和追采。

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