第四章 冲击地压预测方法
第四章冲击地压预测方法
第一节概述
冲击地压预测是防治工作的重要部分。准确的预测对及时采取区域性防范措施和局部性解危措施十分重要。冲击地压的预测包括时间、地点和规模。它包括在实验室对煤层的力学性质和冲击倾向鉴别及在采掘过程中对冲击危险程度的鉴别。所谓冲击危险是指发生冲击地压的可能性。冲击危险程度是指发生冲击地压的规模。
预先查明矿区各矿井有冲击危险的煤层就可以制定合理的矿区规划和矿井设计，采用正确的开拓开采方式，从根本上消除或减缓冲击地压危害。在有冲击地压危险的矿井进行采掘过程中的预测，可以指导人们在危险区及时采取治理措施，避免冲击地压危害。因此，冲击地压预测工作可以分阶段进行，在煤田地质勘探阶段，利用钻孔岩芯进行力学试验，测定煤岩的冲击倾向性。利用详查和精查勘探中的资料评价影响冲击地压的主要地质因素，包括埋藏深度、地质构造、顶底板，尤其是老顶的岩性及厚度、煤岩强度及变形特性等；在矿井建设阶段，利用井巷揭露出的煤层和岩层进行进一步的力学试验，评价煤岩层的冲击倾向和分析新获得地质资料，选择合理的开采方法和相应的防范措施；对于生产矿井，开采到一定深度（始发深度）后，应按照《冲击地压煤层安全开采暂行规定》进行管理。由于冲击地压一般发生在采掘工作面及其附近地段，因此要在生产过程中进行经常性的冲击危险预测工作，以便及时地采取解危措施，保证安全生产。
冲击地压的预测是基于对冲击地压发生机理的认识。目前冲击地压的预测都是围绕冲击地压发生的强度条件和能量条件进行的。通过对煤岩体的应力水平和分布状态以及能量积蓄和释放等变化进行监测，在时空上判断煤岩体破坏形式、规模和释放能量的大小，并以此来进行冲击地压的预测。一般情况下，冲击地压发生在采掘工作面的应力集中区。应力集中产生于开采深度大（自重应力），岩体中存在地质构造应力，采掘空间周围应力集中，残留煤柱边缘区，断层和相邻采掘空间的附加应力等。它的峰值越大，峰值位置距离煤壁越近，发生冲击地压的危险性越大。支承压力使煤层受到压缩，顶底板发生闭合变形。冲击地压发生前煤岩变形停滞，顶底板移动速度变缓，煤由工作面压出（煤层侧向变形）也变缓。受到压缩的煤层和发生变形的顶底板以弹性变形的方式承受高压，并积存大量变形能。通过监测变形能变化引起的声发射和微震活动，就可推断冲击危险程度。积存能量多，冲击危险性就大。如果是经多次释放，则释放的规模小。如果是一次集中释放，则冲击强烈。这种煤层（矿层）及其围岩的应力、应变和变形能的变化与冲击地压的关系，就是预测冲击危险的基础。
煤岩力学性质的测定工作及冲击倾向性鉴别应遵照煤炭部颁发的《煤和岩石物理力学性质测定方法》和煤炭行业标准《煤层冲击倾向性分类及指数的测定方法》及《岩石冲击倾向性分类及指数的测定方法》进行。
如同冲击倾向鉴别一样，判别冲击危险程度也需一些具体的判别条件。各种预测方法的冲击危险判据的建立，必须针对具体、生产地质条件，采取理论联系实际，实验室试验与现场试验相结合的方法具体确定。
冲击地压的预测方法，除了以往的经验类比法外，大致可以分为两类。一类是以钻屑法为主的局部探测法，包括煤岩体变形观测法（顶板动态、围岩变形）、煤岩体应力测量法（相
对应力测量，绝对应力测量）、流动地音检测法、岩饼法等，主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度。这类方法简便易行，直观可靠，已经得到广泛应用。其缺点是预测工作在时间和空间上不连续，费工费时；第二类是系统监测法，包括地音系统监测法和微震系统监测法，以及其它地球物理方法（电磁辐射、地温、地磁等）。根据连续记录煤岩体内出现的动力现象预测冲击地压危险状态。所依据的基本条件是岩体结构的危险破坏过程，是以超前出现的一系列物理现象为信息的。这些物理现象的出现被视为动力破坏的前兆。通常是在井上下设置测点，建立冲击危险区的监测网，把连续收集记录的地音和微震信号传输到监测站，利用计算机自动进行数据整理和加工分析，预测监测区的冲击危险。这类方法可以实现在空间上和时间上的连续监测。但维护管理较困难，分析数据和判定煤岩体的力学状态难度较大，需要经过长期试验，积累大量经验数据，方可准确预测。
第二节经验类比法
发生过冲击地压的矿井都积累了一些经验教训，对以往经验教训做出规律性的总结，并用于指导本矿或相似条件的其它矿井冲击地压煤层安全开采的方法称为经验类比法。在总结和使用经验类比法时，应着重考虑下列因素：本矿和邻矿的冲击地压现状和发展趋势；本煤层或邻层、邻区已发生过冲击地压；煤层老顶为厚5m以上、单轴抗压强度大于70MPa的坚硬岩层；岛形或半岛形煤柱；支承压力影响区；上部或下部遗留煤柱或回采边界，煤层厚度或倾角突然变化区；褶曲或断裂构造带等。
就整个矿井而言，通过地质条件和开采技术条件的分析，可以圈定冲击地压可能发生的区域。随着开采深度的延深，当煤岩体应力满足强度条件时就可能发生冲击地压。始发冲击的深度通常称临界深度。从始发深度起，冲击地压就可能在煤柱、煤层凸出部位和邻近煤柱的上下煤层区段发生，并随着开采水平的延深，冲击地压发生地点和范围也随之扩大。所有靠近采掘工作面的区域，煤层厚度和倾角突然变化的区域，以及地质构造带都可能成为发生冲击地压的危险区域。
根据地质条件和生产技术条件的分析，按照第三章论述的冲击地压发生条件和影响因素，首先应该圈定以下区域为冲击地压特别危险区：
1）断层、褶曲、煤层突然变化区域。
2）采空区周围。
3）本层或邻层的开采边界或遗留煤柱影响区。
4）工作面前方回采巷道或其它巷道。
在掘进巷道和进行回采时，冲击危险的客观标志是生产过程（打眼放炮、风镐落煤、采煤机割煤等）中伴随有弹射、微冲击现象。这些现象通常不是个别出现的，而是伴随一定采掘过程而出现的性质相同的一系列现象。例如掘进工作面中的弹射，通常是在每次掏槽爆破之后立即发生。在采煤工作面，每次放炮以后半小时内出现相当强烈的弹射。如果是在有冲击危险的煤层中打眼和割煤就会频繁地发生弹射和微冲击现象。
影响冲击地压的主要因素有地质方面的因素（如开采深度、煤层的物理力学特性、顶板岩层的结构特征、地质构造等），也有开采技术方面的因素（如上覆煤层的停采线、残采区、采空区、煤柱、老巷、开采区域的大小等）。根据这些冲击地压影响因素的分析，确定采掘工作面周围采矿地质条件的每个因素对冲击地压的影响程度，以及确定各个因素对冲击地压
危险状态影响的指数，将其综合起来，就可以形成冲击地压危险状态等级评定的综合指数法，从而为冲击地压的治理打下基础。
一、影响冲击地压危险状态的地质因素及指数
影响冲击地压的主要因素有开采深度、顶板坚硬岩层、构造应力集中、煤层冲击倾向性等。表4-1为采掘工作面周围地质条件影响冲击地压危险状态的因素及指数。
这样，就可以根据表4-1，用公式（4-1）来确定采掘工作面周围采矿地质条件对冲击地压危险状态的影响程度以及确定冲击地压危险状态等级评定的指数W t1。
111m ax
11∑∑===n i i n i i
t W
W W （4-1） 式中：W t1 ——采矿地质因素确定的冲击地压危险指数。
W imax ——表4-1中第i 个地质因素的中的最大指数值。
W i ——采掘工作面周围第i 个地质因素的实际指数。
n 1 ——地质因素的数目。
二、影响冲击地压危险状态的开采技术因素及指数
同样，根据开采技术条件、开采历史，煤柱、停采线等这些开采历史和开采技术因素，确定响应的影响冲击地压危险状态的指数，从而为冲击地压的预测预报和危险性评价，冲击
地压的治理提供依据。表4-2为我们研究的采掘工作面周围的开采技术因素对冲击地压的影响程度及指数。
表4-2 开采技术条件影响冲击地压危险状态的因素及指数
这样，可以根据表4-2，用下式来确定采掘工作面周围开采技术条件对冲击地压危险状态的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数W t2。
221m ax
12∑∑===n i i n i i
t W
W W （4-2） 式中：W t2 —— 开采技术因素确定的冲击地压危险指数；
W imax ——表4-2中第i 个开采技术因素的危险指数最大值；
W i ——采掘工作面周围第i 个开采技术因素的实际危险指数；
n 2 ——开采技术因素数目。
三、冲击地压危险程度的预测预报
以上给出了采掘工作面周围地质因素和采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数W t1 和W t2的具体表表达式，根据这两个指数，用下式就可以确定出采掘工作面周围冲击地压危险状态等级评定的综合指数W t 。
{} ,max 21t t t W W W = （4-3）
式中，W t 为某采掘工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数，以此可以圈定冲击地压危险程度。
a) W t <0.3，为无冲击危险。
b) W t =0.3～0.5，为弱冲击危险。
c) W t =0.5～0.75，为中等冲击危险。
d) W t =0.75～0.95，为强冲击危险。
e) W t >0.95，为不安全。
应该指出，利用上述调查分析的数据，对大范围的冲击地压危险进行预测十分必要。可以通过数值分析的方法，包括有限元法，边界元法等，在开采计划制定阶段，或在开采过程中，对相应的区域进行岩体应力分布计算。这对预测大范围的冲击危险是有一定作用的。便于在开采设计中提前采取必要的防范措施。
第三节 钻屑法
预测冲击地压的常规方法主要根据两个条件，一是煤的冲击倾向，二是支承应力带特征，即支承压力峰值大小及其距煤壁的远近。如果支承压力参数达到临界值，并且煤层又具有冲击倾向，那么冲击地压就可能发生。对于煤的冲击倾向可以先通过经验类比法估测，进而进行实验室试验确定。而支承压力带参数的测定，一般多采用钻屑法探测。
钻屑法是通过在煤层中打直径为42～50mm 的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法。由于这种方法能同时检测多项与冲击地压有关的因素，而且简便易行，所以成为普遍采用的一种方法。《煤矿安全规程》中规定“开采有冲击地压的煤层时，冲击危险程度和采取措施后的实际效果，可采用钻粉率指标、地音法、微震法等方法确定”，在《冲击地压煤层安全开采暂行规定》中不仅规定了采用钻屑法预测冲击危险程度，而且制定了钻屑法试行技术规范。因此钻屑法的实施应该按照技术规范进行。 钻屑法的基本理论和最初试验是20世纪60年代由德国和苏联的学者实现的。该方法基于受压煤层中钻小直径钻孔，当钻孔进入煤体高应力区域时，钻进过程呈现动态特征，孔壁煤体部分可能突然挤入孔内，并伴有振动、声响或微冲击等钻孔效应，单位长度上排出的煤粉量大于正常排粉量，钻屑粒度增大，以及随之出现的卡钻现象。当单位长度的排粉率增大到标定值时，表示高应力和冲击危险状态。
我国从20世纪70年代开始了钻屑法的试验研究。不仅在发生冲击地压的采掘工作面试验应用，而且在试验室条件下进行了模拟研究。目前已在冲击地压矿井全面推广使用。
一、实施方法
钻屑法的实施必须严格执行煤炭部制定的《冲击地压煤层安全开采暂行规定》。一般先
根据经验，结合采掘工作面的具体地质条件和生
产技术条件，圈定冲击危险区作为钻屑法的探测
区。对于壁式采煤工作面，应沿工作面煤壁和距
工作面60m 的顺槽范围内布置检测带；对于掘
进工作面，应在掘进头及其后部60m 范围内的
巷道两帮布置检测带。检测带内钻孔布置
（孔数、
孔深、孔距）、检测制度按《规定》执行。一般
测试钻孔用1.2kw
手持电钻或2.0kw 岩石电钻打眼。插接式麻花钻杆，每节长1.0～1.8m ，φ42mm
钻头，钻孔深度6～8m 。用塑料桶或布袋收集钻
屑，用弹簧秤和容器称量钻屑重量和体积，用
3mm 铁筛子测量钻屑的粒度组成。每钻进1m 测
量1次钻屑量和粒度组成。用专用记录簿记录打眼地点、时间、钻屑排出量和粒度，以及打眼过程中出现的钻杆跳动、卡钻、劈裂声和微冲击等动力现象。井当场填表作图，及时判断冲击危险程度。
二、基本原理
为了及时客观地评价采掘地点的冲击危险程度，必须适时确定支承压力带峰值大小和位置。峰值愈大，距煤壁距离愈近，冲击危险程度就愈大。但是直接测定煤层应力相当困难，尚没有可靠方法。一般多采用相对评价的方法。我们首先研究在冲击危险煤层中，对处于极限应力状态的边缘区打钻过程中的动态效应。
对煤体打钻至一定深度后，钻孔周围将逐渐过渡到极限应力状态，如图4-1所示。孔壁部分煤体可能突然挤入孔内，并伴有不同程度的响声和微冲击。打钻过程中钻具的推进情况也变化着，或钻进容易，或出现卡钻甚至卡死。出现这些变化的原因，是钻孔周围煤体变形和脆性破碎所致。煤层中的应力愈大，煤的脆性破碎愈占优势。在钻孔的B 段，孔周围煤体处于极限应力状态。打钻过程中钻屑量异常增多，钻屑粒度增大，响声和微冲击强度升高，孔径扩大，这就是所谓的钻孔效应。粒度增大和钻进容易，是因为在高应力作用下，打钻几乎不需要钻头参与就自动破碎，勿需推力，研磨也小，造成钻屑块度变大。这种钻孔效应现象与巷道发生的冲击地压相似，只是尺寸、规模不同（缩小）而已。只要出现这种钻孔效应，就意味着应力集中带的出现。在应力集中带钻孔，钻屑量异常多，钻孔冲击更强烈，钻孔周围破碎带不断扩大。这也是钻孔卸压的根据所在。
三、钻孔冲击模拟实验
真正的冲击地压在试验室里是模拟不出来
的，但钻孔效应可在试验室条件下加以模拟，只
不过其规模要比实际的小些而已。
根据已发表了有关的试验结果，此间这种试验又
得到了进一步改进，可精确地模拟现场实际发生
的钻孔效应。图4-2为试验原理图。 试验装置由围压盒、加压装置及传力柱组成。
图4-1 钻孔效应示意图 1— 钻屑排出题量；2—钻屑粒度变化； 3—打钻过程中的声响强度变化 图4-2 煤试块钻孔模拟试验
围压盒是一个四周封闭的钢盒，在一个侧壁上有一个孔，通过它向试件钻孔，加压装置为压力机。
采用两种加载方式，一种是在钻孔过程中通过油泵后续加压的方式，保持压力不变，即保压加载法；另一种是压力变化非控制式，即非保压加载法。每个试件加载两次，第一次加载并钻孔后，再重复加载到原始初压，再钻孔一次。钻头采用三种直径：5mm 、10mm 、15mm 。共对20个试件进行40次试验，其中保压式8件16次，非保压式12件24次。
德国、波兰的学者进行过类似的试验。只是试样尺寸一般较小，为5cm （高）×8cm ×8cm 的长方体和10×10×10cm 或者15×15×
15cm 的正方体。钻孔直径3～11mm ，在进行特大块试验时，钻孔直径为42～50mm 。试验时垂
直压力比煤块单轴抗压强度大的多，以便模拟出
井下的钻孔效应。取自波鸿肥煤试样（尺寸8×8
×5cm ），在156MPa 下钻孔（直径11mm ）试验过
程中的压力变化情况，见图4-3。钻8cm 深孔共用
40s 。钻孔过程中出现4个幅度不等的压力下跌台
阶，并伴有响声。当压力下降至60MPa 时，钻孔
趋于稳定。总共钻出煤粉量44g ，约为正常煤粉量
的4倍。为了寻求钻屑量和冲击声以及压力间的
关系，对波鸿和埃森系地层的煤样进行了大量的试验。煤样的单轴抗压强度介于4～12MPa 之间。试验结果表明，只有压力相当高时，才出现卸载
声和钻屑量突然增多。在非保压方式下，压力达
到100MPa 时才出现上述现象。若保持压力不变，则压力达60MPa 时就会产生卸载声和钻屑量突然增多。而井下的实际情况介于保压和不保压两种特殊加载方式之间。所以认为，在井下只有压力达到80MPa 时，才有可能产生钻孔效应。另外，所有试验的各种煤样都出现了钻孔冲击现象。仅有两块例外，在80MPa 下尽管钻屑量增多，但未出现过冲击现象。至此，可以把钻孔效应视为煤层冲击的一种缩小了的表现形式，高压力是其前提条件。
钻孔效应在井下煤体中不可能经常出现，只有在很高的三向压力作用下才可能产生。试验（肥煤）表明，产生钻孔冲击的下限压力为80MPa 。
波兰试验用10×10×10cm 的煤块，在三向受压状态下，逐步增加各应力分量，从试块一角向煤内钻一个9mm 直径的孔。用4种煤样进行了试验。从试验结果看出，临界应力值与煤的单轴抗压强度密切相关。高的抗压强度对应高的临界应力。在临界应力状态下钻孔，钻屑量迅速增多。
四、钻屑量与应力之间的关系研究
钻屑法的模拟试验和理论研究的目的，在于建立钻屑量与煤体应力之间的定量关系。不少学者在这方面进行了研究。一般都假设钻孔前煤体为均质、各向同性的弹性体，视为具有圆孔的无限大平面应变问题进行处理。并采用库仑—摩尔准则为钻孔后出现非弹性变形的屈服准则，把载荷视为静水压力状态下的轴对称问题。但都没有考虑煤在非弹性变形区所出现的应变软化性质（即强度随应变增加而降低的性质）。为了更符合实际，我们则考虑煤的应变软化性质和非弹性变形区的扩容，来建立煤体应力和钻屑量之间的函数关系。 图4-3 钻孔冲击实验时压力冲击式
下跌
考虑煤应变软化的本构方程为
()??
???≥???? ??=≤=C C C C E εεεεσσεεε
σ （4-4） 式中：ζC 、εC ——煤的单轴抗压强度和相应的应变；
ζ、ε——非弹性变形区的应力和应变；
m ——塑性介质系数。
塑性性质系数m 值反映煤岩层屈服后的硬化和软化程度。m 值应通过实验室试验，利用反求参数的办法选取，一般在1～0.4之间。m 值小，表明煤体的不稳定程度。煤岩体不同于金属材料，就在于应力达到极限强度后呈应变软化性质。具有冲击倾向煤层的应变软化特性更明显。当处于理想塑性时m ＝0，呈应变硬化时m ≥0；呈应变软化时m ＜0。
仍用库仑—摩尔准则为屈服条件进行弹塑性分析（图4-4），其平衡方程为：
0=-+r
dr d r r θσσσ （4-5） 屈服条件为：
C r q σσσθ+= (4-6)
式中：ζr 、ζδ——径向应力和切向应力；
q ——系数，??sin 1sin 1-+=q φ——磨擦角。
当r=a 时，ζr =0；在r=R 时，即在弹性区和非弹性区交界处应力应该连续，并以此为边界条件，得出考虑应变软化的非弹性区半径R 的解析式为：
()()()[]()1211112121-+-??????+-+--++=q m C m C C q p q p q m a R σσσ （4-7）
当m=0时，上式即为卡斯特那公式。
钻孔的非弹性区和弹性区交界处的径向位移U R 为
()??
????-+-++=c c R P q q R E U σσμ21121 （4-8） 式中：E ——煤的弹性系数；
μ——泊松比；
p ——钻孔前煤体应力；
R ——钻孔半径。
目前还未能根据扩容现象建立松散系数的解析式。采用平均扩容系数n 进行扩容效应的计算比较简便，按煤体质量不变条件，可求得扩容在内的孔内壁径位移U a 为：
图4-4 钻孔周围弹塑性分析
)(2122a R a
n U a R U R a --+= (4-9) 式中第二项为考虑扩容而产生的影响，建议取n 为1.1~1.2。从而考虑应变软化的扩容影响的钻屑量G 与煤体应力p 之间的关系式为：
()()()22222
122a R n RU a aU a G R a
--++=+=γππγππγ （4-10） 式中：γ——煤的容重；
a ——成孔后半径。
由于弹性变形相对于非弹性变形小得多，可忽略不计。仅考虑非弹性变形产生的附加钻屑量，以建立煤体应力与钻屑量之间的函数关系。煤壁在采动影响下，将依次出现残余强度区、非弹性变形区和弹性变形区。因而在用式（4-10）时，应按钻孔的不同深度，根据煤在刚性试验机上的试验结果，取相应的弹性系数和泊松比。应当注意，式中a 为成孔后的半径，不是钻头的半径。理论和实践表明，采用相同钻头钻孔，成孔后的孔径随煤体应力的增加而增大。在特殊情况下，还能出现孔壁破损失稳现象，钻屑量将数十倍地增加。关于这种情况，库克曾在作过阐述，并提出其发生条件为
B
E a R )1(1μ+≥??????- （4-11） 式中：B ——煤体非弹性区的应力—应变曲线的斜率，近似为常数。
采用φ44mm 钻头钻孔，孔径一般为48～60mm 。但如前述，煤体应力大，孔径增大，钻屑量增多。如果能在实验室测得煤的力学参数，在现场测得钻屑量和平均孔径，那么就可按式（4-10），采用逐步逼近法求出相应的应力。把它和实验室测得的煤的强度值进行比较，就可用以判定冲击地压危险程度，或与钻屑法实验室试验结果相验证，确定钻屑指标。
一般情况下，煤体处于非对称载荷下，而式（4-10）是在对称载荷下求得的煤体应力和钻屑量间的关系式。采用有限元法对非对称载荷下圆孔非弹性变形位移求解，按所求值计算由于非弹性变形引起的相应钻屑量，再把它与对称载荷下（λ=1）由非弹性变形引起的钻屑量进行比较，当λ=0.25时，其误差不到5％，所以式（4-10）在不同侧压比情况下均可适用，并且精度能够满足工程上的要求。
试验研究结果表明，钻屑量和粒度组成随压力增加而增大，在趋势上实验室和现场测试情况一致，在数量上试验结果相近。钻屑量的变化反映了煤壁前方应力的变化。应力大，钻屑量就多。煤体过渡到极限应力状态时，钻屑量急速增多，此时钻屑量称极限钻屑量或危险钻屑量。
五、冲击危险指标
冲击危险指标的确定，是应用钻屑法预测冲击地压的关键。钻屑法作为预测手段，首要任务是建立钻屑量和煤体应力之间的关系，通过钻屑量了解煤体应力状态，确定可能发生冲击地压时的最大钻屑量；其次是了解最大集中应力的位置，即出现最大钻屑量的位置到煤壁距离；第三是分析钻屑的粒度组成、钻进的难易程度、卡钻、震动和微冲击等动力现象与冲
击地压发生的可能联系。按照上述三个条件建立冲击危险检测指标，判定冲击地压危险等级。
1．钻屑量指标
指预示有冲击危险的钻屑量。通过现场试验、实验室试验和理论计算方法确定。
2．距离指标
如前所述，为了客观地评价冲击危险程度，必须确定最大支承压力区中的峰值大小，以及峰值位置至煤壁的距离。煤岩的三轴强度试验表明，当围压达到一定程度后，煤样“塑化”，几乎失去冲击倾向。现场实测和理论计算也表明，随着距离的增加，煤层压力剧增，使煤体产生的冲击能量也相应增大。当达到一定深度后，即使在该处形成冲击，由于该区至煤壁之间煤体构成的阻力大，冲击部分的煤体也不能抛向采掘空间。这种深部冲击的动力效应只是产生震动和响声，危害有限。
3．动力效应
指钻进过程中伴随出现的冲击响声、钻杆跳动、卡钻甚至钻杆卡死等现象。由于钻孔过程中孔壁周围煤体突然破裂，挤入孔内，伴有冲击响声，并造成钻杆跳动。严重时能造成钻杆卡住，甚至把钻杆卡死。钻杆卡持是钻孔周围煤体应力高度集中或突然变化的标志。因此把钻杆被卡死作为鉴别冲击危险的一个指标。但是必须注意，钻杆被卡死除与煤体压力有关外，还受施工钻具、施工方法和施工经验的影响，因此要由专职人员采取正确的施工方法和凭借经验确认和鉴别冲击危险。
其它动力效应，如推进力变化、纯钻进时间变化、钻孔冲击等，也可作为鉴别冲击危险的参考指标。
4．钻屑粒度指标
在高应力区段钻孔时，由于孔周围煤体已进入极限应力状态，几乎不需钻头参与就发生脆性破坏，所以对煤的研磨较小，排出的钻屑粒度就大。据龙凤矿实测，被保护层的钻屑粒度大于3mm的百分含量平均为26.7％，危险层平均为34％。实验室试验表明，钻屑粒度随压力机压力增大而增加，在200t（21MPa）以下压力下试验时，粒度大于3mm的百分含量变化在20％～30％之间。在250t（26MPa）以上压力下试验时，变化在22％～43％之间。因此拟定钻屑粒度大于3mm的百分含量小于30％时为无直接冲击危险状态，大于30％时为危险状态。
根据上述确定的冲击危险指标和检测深度范围内，在各段检测深度处给出对应各段冲击危险指标的分段值，以便鉴别冲击危险程度。由于各矿区煤层地质条件和物理力学性质的差异有时很大。因此，为了提高检测结果的可靠性，必须针对具体矿井煤层条件，取得几项符合实际的检测指标。
六、钻屑法的实际应用
1．估测支承压力
由于钻屑法能够估测煤岩体应力大小和分布，因而能够用于估测采掘工作面的支承压力大小和分布规律。支承压力的峰值大小，峰值位置至煤壁的距离，以及支承压力显著作用范围，是支承压力的主要特征参数。如前所述，钻屑量的多少与煤体压力有关。实测钻屑量的分布曲线反映了支承压力带的特征。利用上述钻屑量和煤体应力之间的关系式，可以得到钻屑量G与煤层压力P的关系曲线。实际应用时可直接根据实测钻屑量计算或在G—P曲线上估计煤层应力，得到支承压力带的特征参数。
2．鉴别冲击危险
防治冲击地压危害的基本原则是及时检测冲击危险及其危险程度。只有鉴别出有冲击危险，才能采取相应的解危措施，并尽早实施解危措施，以防在实施过程中发生冲击地压。显然，采取措施的前提是要判定冲击危险确实存在。因此要求检测方法在时间上和空间上连续，并能便于就地采取措施。钻屑法是目前满足这一要求的理想方法。它能相当可靠地检测出煤层内存在的高应力区。按照各矿确定的冲击危险检测指标，遵照《规定》的技术规范进行钻屑法施工，根据实测结果就可以鉴别冲击危险。只要在相当的检测深度上出现冲击危险指标规定的数值，则被认为具有冲击危险，应采取解危措施。但是，用钻屑法鉴别冲击危险是带有经验性的，而且不能依据个别钻孔提供的数据，应通过多个钻孔的测试结果，鉴别冲击危险的变化。所以需要施工较多的钻孔。根据这些钻孔提供的数据综合判定冲击危险程度。
3．检查解危措施的效果
经检测确认的有发生冲击地压危险的区段，必须采取解危措施。实施解危措施后，还必须检查解危效果。目前评价卸载效果主要依据卸载后的直接效应，如钻屑量的变化、声响效应等。从理论上讲，检测煤岩体内储存能量的多少，是评价卸载效果的最佳指标。但目前还没有可靠的检测煤岩体内储存能量方法，钻屑法仍是较可靠的方法。
通常在实施解危措施时，伴随的卸载现象相当明显，再进行效果检查似乎多余，因此往往造成不被重视，这是不正确的。即使实施卸压钻孔时排粉量相当多，实施卸压爆破效果相当好，但效果检查仍是必不可少的。原因是卸载过程中，煤体应力又要重新分布，应力集中带既向煤壁深部转移，也要向两侧邻区转移，仍可能集中在巷道或工作面附近。实施卸载措施后，应特别注意这种应力转移现象。卸压钻孔、卸压爆破和高压注水等卸裁措施实施后，都存在应力转移问题。因此井下安全措施不仅包括冲击危险的预测和采取解危措施，而且还应进行卸载效果的检查。
研究和实践表明，实施解危措施后，支承压力峰值降低，峰值位置向煤体深部转移，打钻过程中一般比较平静，无动力现象。这些都表明煤体已经卸载。龙凤矿和门头沟矿采煤工作面煤层解危前后的典型钻屑量曲线如图4-5、4-6所示。表明钻屑量（支承压力）峰值向煤体深部转移2～3m，峰值下降约20％。
图4-5 龙凤矿卸载前后G—P曲线图4-6 门头沟矿卸载前后G—P曲线
第四节 电磁辐射监测法
一、电磁辐射监测的原理
煤岩电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象，与煤岩体的变形破裂过程密切相关。电磁辐射信息综合反映了煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害现象的主要影响因素，电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映了煤岩体变形及微破裂的频次。
研究表明，不同类型的煤、岩石和混凝土在载荷作用下变形及破裂过程中都有电磁辐射信号产生。电磁辐射与含瓦斯煤岩流变破坏之间具有很好的相关性：电磁辐射强度和脉冲数随着载荷的增大而增强，随着加载及变形速率的增加而增强；用同步的声发射实验验证表明，电磁辐射与声发射具有很好的一致性，电磁辐射比声发射对破坏过程更为敏感，见图4-7、图4-8。
10
203040
相对事件数
图4-7 煤岩破坏过程中原始信号 图4-8 声发射与电磁辐射相互关系
电磁辐射的强度和脉冲数可作为预测预报含气煤岩材料变形及破裂过程的动态监测指标，二者缺一不可。
根据煤岩流变破坏电磁辐射特性及规律，提出了利用煤岩流变破坏电磁辐射特性监测煤岩流变破坏过程及非接触式预测煤与瓦斯突出、冲击地压（岩爆）等煤岩动力灾害危险性的技术方法。
掘进或回采空间形成后，工作面煤体失去应力平衡，处于不稳定状态，煤壁中的煤体必然要发生变形或破裂，以向新的应力平衡状态过渡；煤体中的瓦斯也失去动态平衡，在瓦斯压力梯度的作用下，沿煤体中的裂隙向工作面空间涌出，这两种过程均会引起电磁辐射。
由松弛区域到应力集中区，应力及瓦斯压力越来越高，因此电磁辐射信号也越来越强。在应力集中区，应力和瓦斯压力达最大值，因此煤体的变形破裂过程也较强烈，电磁辐射信号最强。进入原始应力区，电磁辐射强度将有所下降，且趋于平衡。采用非接触方式接收的信号主要是松弛区和应力集中区中产生的电磁辐射信号的总体反映（叠加场）。
电磁辐射和煤的应力状态及瓦斯状态有关，应力高、瓦斯压力大时电磁辐射信号就强，电磁辐射频率就高，应力和瓦斯压力越高，则突出危险越大。电磁辐射强度和脉冲数两个参数综合反映了煤体前方应力的集中程度和瓦斯压力的大小，因此可用电磁辐射法进行突出预测。
二、电磁辐射技术的应用
有动力灾害危险时, 工作面煤体电磁辐射信号强度（E ）较强, 超过设定的临界值，脉冲数（N ）较高, 超过设定的临界值且有向上增长的趋势。没有突出危险工作面煤体电磁辐射
信号较弱, 脉冲数较低，均低于临界值。对于没有动力灾害危险的煤层, 工作面煤体的电磁辐射信号非常弱, 脉冲数几乎为零。图4-9为某工作面发生冲击地压前后电磁辐射变化情况。因此可用电磁辐射法对煤与瓦斯突出、冲击地压进行预测。
有发生动力灾害危险时，电磁辐射强度和脉冲数超过临界值，采取卸压爆破措施后，电磁辐射强度和脉冲数大幅度降低，低于临界值。图4-10为某工作面测试结果，17日夜班测试超过临界值，工作面停采，早班测试也超过临界值且有增大趋势，此时已达到相当危险的状态。早班工作面采取了卸压爆破措施。采取措施后，中班进行测试，结果表明电磁辐射幅值大幅度下降，低于临界值，说明防治效果明显。因此，可以用电磁辐射方法检验防治措施的效果。
图4-9 华丰矿冲击地压前后电磁辐射变化规律幅
值/
m
V
三、功能特点及使用范围
1．功能特点
1）电磁辐射技术及监测仪实现了非接触、定向、区域及连续预测。
2）信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成。
3）监测仪具有人机对话、远程PC机（上位机）控制（或本地键盘控制）、定向接收、数据处理、数据存储、数据查询和报警等功能。
2．使用范围
1）矿山冲击地压的预测预报
2）煤与瓦斯突出的预测预报
3）其它煤岩动力灾害现象的预测预报
4）矿井采掘工作面前方应力状态的监测
四、监测方法
采用监测仪对煤岩体可进行定点长时实时监测和多点动态跟踪监测。定点长时监测就是在巷道中选定某一测点，监测选定区域内煤岩体在采掘过程中电磁辐射的变化。多点动态跟踪监测就是随着工作面的进尺，在工作面不同位置布置测点，监测进尺后工作面前方煤岩体的电磁辐射及其变化规律，以预测工作面前方煤岩体的动力灾害危险程度。对于回采工作面，也需对上、下顺槽进行监测。对于现场工作面预测，以多点动态跟踪监测为主，每点监测时间为2~30分钟即可，如条件允许，最好进行长时定点监测。
KBD5矿用本安型煤与瓦斯突出(冲击地压)电磁辐射监测仪是通过电磁辐射强度值和脉冲数两个参数指标三个值（电磁辐射强度极大值Emax、电磁辐射强度平均值Eavg和电磁辐射脉冲数N）来监测工作面突出或冲击危险程度的。属于下列情况之一的区域就具有发生动力灾害的危险性：
1）当电磁辐射强度极大值或脉冲数值超过某一临界值时，仪器自动报警；
2）电磁辐射脉冲数或强度（极大值和平均值）指标具有明显的增强趋势，则表明有动力灾害危险，应采取措施；
3）电磁辐射强度或脉冲数值明显由大变小，但一段时间后又突然增大。此种方式最为危险，特别是对于冲击地压，应立刻采取措施。
对一般矿区，电磁辐射强度平均值报警临界值为150，电磁辐射极大值的报警临界值为200，电磁辐射脉冲数临界值为1000。但对于某一特定矿区，可根据其电磁辐射水平比较确定，初期可简单按无突出危险煤层工作面的电磁辐射值的1.5倍作为临界值。
第四节地音流动监测法
20世纪60年代前苏联、波兰等国把地音监测用于煤矿井下预测冲击地压，并相继研制出可进行流动监测的便携式地音仪。我国20世纪70年代开始这方面的研究，北京、大同、抚顺等矿务局曾采用BD4－1型岩体声发射仪，井下进行流动检测试验和应用，作为辅助手
段配合钻屑法进行冲击地压的预测工作。
某些材料在外力作用下，会发射出音频和超音频范围内的弹性波，即声发射现象。煤岩体也有声发射现象常称地音。声发射的原因与煤岩体在变形和破坏过程弹性能的突然释放有关。对多晶材料或含有裂隙的材料其内部的应力场和强度是不同的。在外力作用下，整体变得不稳定之前，局部就会呈现不稳定状态。随着载荷增加，裂隙贯通、扩展并释放能量。声发射正是这种扩展过程中的声学效应。声发射的强弱反映了煤岩体破坏的能量释放过程，是评价煤岩体破坏的信息。研究结果表明，煤岩体声发射等前兆现象，出现于煤岩体破断初期。我们感兴趣的是前兆现象超前破断时间的长短，它取决于破裂尺度。实验室中试件的试验时间是很短的，而在大断裂情况下则是很长的。图4-11为试验证明的出现前兆现象与后来发生断裂带长度的关系。可以看出，在矿井中发生的冒顶和冲击地压，前兆超前时间由 7 min 至1d
变化不等。这就足以预测预报，以便撤人和采取解危措施。
煤岩的声发射现象及伴随的声信号（地音）
是随机瞬态过程，包含有很宽的频率成分。相邻
两次声发射现象不具有重复性，其时间间隔等参
量带有很大的随机性。而且每次声信号又都有自
己的特殊的频率谱。此外，地音在井下是大量存
在的，所以一般用数理统计和模糊数学的方法，
藉助某些地音参量来描述。常用的基本参量有事
件数、能率和振时等。
接收到的一次独立的波动过程，例如一次
脉冲，称为一个事件。一个事件是由一组强弱不
等的脉冲组成，如果人为规定一些条件，例如按
实测噪音背景设定阈值和信噪比，满足这些条件
的事件称有效事件，否则为无效事件。按照最大
振幅的高低可将事件分级，例如大事件、小事件
等。一定时间内事件之和称事件累计值。单位时
间内的事件数称事件频度，相应的单位时间内所
有事件的累计振动延续时间称振时。根据地音仪
接收到的地音信号振幅和振时延续时间可求得
地音能率（能率为一个无量纲值）。
国产便携式地音仪由探头和主机两部分组成。探头安设于待测地点的煤岩体的检测孔中，用于接收地音，并把它转换成电讯号。主机用于处理并放大电讯号，然后以数字显示检测结果。检测参量包括每分钟的大事件数、小事件数、振时和能率。检测孔要求距监测目标为15 m 左右。检测制度根据需要而定，每次单孔监测可按10min 计算。
采用地音仪预测冲击危险的关键是制定评价冲击危险的确切准则或前兆信息。北京矿务局等单位通过试验，根据地音基本参量及其派生参量的变化，来评价煤岩体应力集中情况和冲击危险程度。其冲击前兆主要表现为能率 E 、大事件数 N 和事件能率 E/N 的多次突变和跃升，而后出现声发射平静期。
图4-11 预兆现象的时间超前
第五节煤层围岩压力-变形观测法
采掘活动在煤层和顶底板中将引起各种形式的矿山压力显现，其中支承压力有着特殊的意义。支承压力的大小、分布是多因素影响的结果。在发生冲击地压过程中，支承压力特别是动压显现起着重要作用。因此利用它的
显现规律可以预测冲击地压。
一般情况下，
支承压力的动压显现与工作面煤壁边缘区
的稳定性有关。当边缘区未被压坏时，随
着采煤工作面的推进，支承压力的大小和
峰值也随之变化，其峰值愈靠近煤壁（如
图4-12中的曲线1）冲击危险性也愈大。
由于顶板岩层各分层的不同变形和破坏，
造成支承压力的动压显现具有复杂的特
征。特别是由于采煤，随着空顶跨距增大，或顶板垮落造成边缘区煤体迅速加载或突然卸载，以及爆破落煤时发生冲击性加载情况等。当边缘区被压坏时，边缘区煤体和顶底板的变形将随时间增加而增大，峰值向煤壁深部转移（图4-12中的曲线2）。当边缘区只被压实而尚未被压坏前，支承压力分布曲线如曲线3所示。特别是存在厚层高强度顶板的情况下，顶板的破断状态往往对冲击地压起决定性影响。这是由于悬顶断裂引起震动，诱发煤层冲击。另外在顶板在下沉过程中，由于重力和水平应力（例如地质构造应力）导致顶板岩块的动力破碎，突然大量释放变形能而造成顶板冲击。显然，煤层内的压力分布和破裂特性，以及顶板（特别是老顶）的周期性断裂与冲击地压的产生有重要关系。
当出现下列情况之一，即：l）煤层的支承压力强度升高，峰值位置靠近煤壁；2）顶板下沉速度增大，而煤层的侧向变形（压出）减小，甚至停滞；3）顶板下沉速度急增，或者相反，几个班、甚至更长时间的顶板下沉滞后；4）老顶周期性断裂时（包括断裂位置和时间），都预示着存在冲击地压危险。通过观测，掌握上述规律和检测指标，能达到预测的目的。
对于存在厚层高强度砂岩顶板的情况，观测变形和周期性断裂规律，对预测冲击危险有重要意义。顶板的急速下沉，引起煤层突然加载或顶板突然断裂，引起震动，都可能诱发冲击地压。枣庄矿务局陶庄矿在2#煤层272水采区开采过程中进行了围岩动态观测。该区开采深度496～644 m，煤层厚度2～5.5 m，顶板为厚20～40 m的中粒石英砂岩，采用倾斜短壁式水力采煤。观测结果认为，采场推进过程中，由于煤体支承能力的改变和上覆岩层运动状态的不断变化，造成支承压力的动态变化，使水采区煤体支承能力瞬间超载，范围一般为10～20m，采场老顶存在两个岩梁，其来压前后都有可能导致冲击地压，但大部分是在老顶明显运动之后发生。观测中多次冲击地压就发生在采场来压前后，仅在该区4、5号水道发生的38次冲击地压中，有一半发生在采场来压前后。通过顶板显著运动和煤体承载能力的显著超载可用于预报冲击地压可能发生的地点和时间。图4-13为掘进枪眼时发生冲击地压的观测实例，从11月29日起，3#和4#号测点移近速度明显增大，至12月2日达峰值。表明老顶岩梁达极限垮度。在断裂前夕，压力向断裂线两侧集中，断裂线位于两测点之间，12月2日岩梁断裂，两测点间支承压力高度集中，于是在该部位掘进的13号枪眼中发生冲击地压。冲击地压发生后，应力释放，移近速度下降。4日两测点的移近速度又回升，表明
图4-12 工作面前方支承压力的动态变化
压力转移，其中3#测点移近速度回升是由于第一岩梁断裂后显著沉降，压力向工作面方向转移的结果，而扩测点的回升是由于第一岩梁上部岩层重力作用引起的支承压力向煤体深部转移所致。显然，高应力区转移到4#测点以远。
利用钻孔油压枕观测煤岩压力变化认为，冲击地压发生前后，煤壁附近处于压力降低过程中，压力降低可提前十多个小时出现，下降幅度0.0 3～0.1kN 。反映了煤层长时间压缩之后，一旦减压，则侧向变形增强，煤层挤出速度超过顶板下沉速度。
第六节 地音和微震监测系统
在煤岩介质中，出于采掘活动引起的高应力集中，造成采掘空间周围岩的震动、破裂和突然卸压出现一系列具有动力特征的声发射现象，可以认为上述动力现象是煤岩结构破坏和裂隙扩展或灾害性事故的前兆信号。观测和记录这些现象（例如地音和微震强度的增加）就可以预测冲击危险。
地音和微震监测系统与其它矿区监测法则比，在时间可以不间断地进行实时监测，在空间上不再局限于“点”或“线”的测量，其监测范围是采矿活动的一定空间并可借助计算机运用数理统计等方法进行预测。两种系统都采用了自动遥测方法记录和传输信号。当前我国和世界各主要采矿国家都在试验和应用这类方法。
地音监测系统是一种连续动态的监测系统，其监测方法通常是在监测区内布置地音探头，根据生产地质条件配置事件有效性检测条件和统计控制等工作参数，由监测装置自动采集地音信号，经微机实时处理和加工，完成统计报表和图表，由工作人员结合采掘工程进度判断监测区域内的地音活动程度和危害程度。地音监测系统通常有16～32A 道，最多可同时监测4～8个采煤工作面。例如MA0104E 地音监测系统的监测方法如图4-14所示。 地音监测系统的特点是：
图4-13 掘进枪眼时形成冲击地压时矿压观测
a —观测结果；
b —观测地点
1）能自动、连续和远距
离监测工作地的地音信号。由
于采用计算机作为系统主机，
所以其信号采集、数据整理和
贮存、监测结果的分析、图表
打印等能自动完成，而且系统
在时间上是连续工作的，在空
间上可以在10 km 范围内布
置监测区，每个探头的有效测
监范围对煤矿为半径100m 。
2）能连续遥测，进行实时自动数据修理。监测结果与工作参数一起以班为单位存
入数据库。根据监测结果目录随时调出已存入的监测结果，显示、打印各种统计参任意组合的统计图表。可以实时显示及打印通道噪音、地音波形图、监测结果统计图表。并可以对地音波形进行频谱分析。
3）可以监听任意一个或几个通道所接收的振动声响。监听采掘工作面多种信号，例如输送机是否开动、采煤机声响等。
实践证明，采掘工作面地音活动受采动应力控制，地音变化与煤体应力变化有相似的过程形态，且地音超前于变形和压力变化。地音活动是三阶段时间过程，即相对平静、急剧增加、显著减弱等一个阶段。伴随地音动态的时间过程，地音活动逐渐向采动附加应力高值区及脆性地质带集中。这些部位是潜在发生冲击地压的震源位置。地音监测的关键是对危险地音信号的识别。当地音活动集中在采区某一部位，并且地音事件的强度逐渐增加时预示着冲击地压危险，正是利用地音的时间变化来判断应力状态和预测冲击地压危险。图4-15为门头沟矿某刀柱作面平均地音能量曲线、在地音活动经历了相对平静、急速增加、显著减弱阶段后 发生了ML =2.6级冲击地压。
微震系统的主功能是对全矿范围进行微震监测。自动记录微震活动，实时进行震源定位和微震能量计算。为评价全矿范田内的冲击地压危险提供依据。
其原理是利用井下拾震仪站 图4-14 地音监测系统
图4-15 工作面地音能量和微震频度图
接收的直达P 波起始点的时间差，在特定的波速场条件下二维或三维定位，以判定破坏地点，同时利用震相持续时间计算所释放能量和震级，并标入采掘工程平面图和速报显示给生产指挥系统，以便采取措施。微震系统一般由三部分组成，见图4-16。
1）拾震传输系统：包括拾震仪、传输电缆和接收箱。可接收8路微震信号，微震信号频带宽0.1~50Hz ，最大传输距离10km 。
2）信号处理系统：在可编程序支持下微机完成全部处理工作，并对全部信息量进行存贮，可以调出各次震动进行参数计算，机制测定和波谱分析等。
3）模拟记录装置：实时记录通道模拟震相，可以粗略定位和确定震源性质。
微震监测已成为矿山地震预报的重要手段，但用于冲击地压预测尚不够成熟。门头沟矿对记录的6321次微震的分析。归纳出以下冲击地压前兆的微震活动规律。
①微震活动的频度急剧增加；②微震总能量急剧增加；③爆破后，微震活动恢复到爆破前微震活动水平所需时间增加。
该矿大量的监测实践表明，根据微震活动的变化、震源方位和活动趋势可以评价冲击地压危险。
1）无冲击危险的微震活动趋势是：微震活动一直比较平静，持续保持在较低的能量水平（<104J ）处，处于能量稳定释放状态。
2）有冲击危险的微震活动趋势是①微震活动的频度和能级出现急剧增加，持续2～3d 后，会出现大的震动；②微震活动保持一定水平（＜104J ＝，突然出现平衡期，持续后，会出现大的震动和冲击；③微震活动与采掘活动有密切关系，每当出现较大微震活动时都应从时间序列分析与采掘线的关系，逐次远离采掘线时危险较小；逐次向采掘线靠近时，应加强防范，并配地音和钻屑法监测防止事故发生。
图4-16 微震监测系统
第八节其它冲击地压预测方法
一、煤层含水量变化观测法
试验研究表明，采用压力注水，增加煤岩层含水量对减缓冲击地压起着重要作用。实验室力学实验证明，对于龙凤矿煤样，浸水15天以后含水量均达到4％以上，煤的力学性质发生变化，变成无冲击倾向煤层。钻屑法实验室试验证明，浸水试块的含水量达到3.9％后，在300t（轴向应力31.2MPa）压力下，钻孔过程中没有发生冲击现象，钻屑量也明显减少。有限元计算进一步证明，由于含水量增加，降低了煤的弹性，增加了塑性，使煤层聚积弹性能的能力降低20％～60％。天池煤矿对井下现场注水区和未注水区，分别进行围岩变形观测和化验水分，未注水区煤样平均含水率为3.02％，注水区煤样为3.84％。注水区煤层围岩变形速度或变形量比未注水区平均增加10倍左右，说明煤层含水量增加，煤层的变形能力增加，塑性增大。实测的煤层坚固性系数（普氏系数），未注水区为2.05，注水区降至1.64。
根据上述研究结果和现场试验应用情况，采用观测煤层含水量的变化来预测冲击地压危险是可行的，可以作为辅助手段配合使用。
观测是通过打眼取样，化验水分的方法进行的。每推进两个循环取一次样，每次取样3份，经化验取平均水分，填入专用表格，作为综合判定冲击危险的依据之一。评判冲击危险的指标，应根据实验室试验和现场实测结果进行确定。对于龙凤矿，煤层含水量达到3.8%以上为无直接冲击危险，低于3.8%为在冲击危险。
二、岩芯“饼化”观测法
在高地应力区岩体中钻孔，岩芯会破坏成凹凸状的圆片（饼化）。如同对煤层钻孔一样，在高应力下钻孔，其钻屑量增多。岩芯“饼化”成圆片的厚薄和多少是表征岩体应力状态的标志之一。在岩体力学中有人以发生“岩爆”和“岩芯饼化”的临界应力为界，区分高地应力和一般地应力。把地应力超过该区岩石单向抗压强度的三倍以上称为高地应力。武汉岩土所于1981年在二滩核电站测得了岩芯“饼化”处的地应力。用三维程序计算了五种不同水平地应力组合情况下岩芯中残留的地应力，找出了最容易使岩芯饼化的地应力组合情况。分析了各种地应力组合状态下岩芯破裂始点应力。由此认为由地应力作用使岩芯破裂成饼状的主要原因是主拉应力所致，破裂形式主要是拉断，但也不能忽视剪应力的作用。在岩芯外边缘处，拉应力和剪应力都相当大。所以说，岩芯是拉—剪破坏更符合实际．试验研究认为，岩芯破坏成凹凸状的圆片，是有冲击倾向岩石应力状态和物理力学性质的综合特征，是冲击危险区岩石的固有性质。该法的实质是在钻孔取岩芯时，根据岩芯分裂成凹凸状圆片的特征来判定岩石的冲击危险。它不但可以确定有无冲击（突出）危险，而且可以判定冲击危险程度。具体作法是，沿巷道掘进方向打直径59～76mm的钻孔，根据1m长钻孔岩芯分裂成图片的数量进行判定。其冲击危险指标是：
1）1m岩芯有30～40个以上凹凸状圆片，属强烈冲击危险程度，突出的岩石量可能大于500t。
2）1m岩芯有20～30个图片,并掺杂有带环状裂缝的长50～100mm的岩石圆柱体时，属中等冲击危险程度，突出的岩石量可能为300～400t。
3）钻出150～200mm以致更长的岩芯，其上有裂缝围绕，并掺杂着个别圆片，属弱冲
冲击地压
冲击地压（岩爆）是井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生的一种以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击地压可分为3类：重力型冲击地压、构造应力型冲击地压、中间型或重力一构造型冲击地压。 冲击地压的特点： （1)一般没有明显的预兆，难于事先确定发生的时间、地点和冲击强度； （2）发生过程短暂，伴随巨大声响和强烈震动； （3）破坏性很大，有时出现人员伤亡。 2.冲击地压的预测方法 目前，冲击地压的预测方法主要有以下几种： （1）钻屑法。钻屑法是通过在煤体中打小直径（42^50～）钻孔，根据排出的煤粉 量及其变化规律以及钻孔过程中的动力现象鉴别冲击危险的一种方法，目前在我国应用较普遍。钻屑法是我国《煤矿安全规程》规定采用的冲击危险程度监测和解危措施效果检验的主要方法。 （2）声发射和微震监测方法。声发射监测的过程主要是对冲击地压前兆信息的统计，冲击危险的判别依据是能率、事件频度及其变化规律，单个声发射事件的幅度、延续时间、频率等参数作为判别冲击危险的参考指标。 （3）综合指数法。综合指数法是在进行采掘工作前，首先分析影响冲击地压发生的主要地质和开采技术因素，在此基础上确定各个因素对冲击地压的影响程度及其冲击危险指数，然后综合评定冲击地压危险状态的一种区域预测方法。 3.冲击地压的防治措施
根据发生冲击地压的成因和机理，防治措施分为两大类：一类是防范措施；另一类是解危措施。 （1)防范措施。防范措施主要包括：预留开采保护层；尽量少留煤柱和避免孤岛开采；尽量将主要巷道和硐室布置在底板岩层中；回采巷道采用大断面掘进；尽可能避免巷道多处交叉；加强顶板控制；确定合理的开采程序；煤层预注水，以降低煤体的弹性和强度；等等。 （2)解危措施。冲击地压解危措施包括卸载钻孔、卸载爆破、诱发爆破和煤层高压注水等。 二、 实时监控，超前预防。该矿为准确预测预报冲击地压灾害，引进波兰防治冲击地压技术，在全国首家建成投用了矿井冲击地压危险区域定位系统。该系统集成数字DTSS传输系统，实现了矿井震动定位、震动能量计算及震动的危险评价，并编制和查看各种相关表格和震动记录，自动生成相关报告。该系统安装完成后，运行状况良好，已记录多次震动现象，定位点附近的巷道及工作面均有不同程度的震感响声，为今后防治冲击地压，保障职工安全生产奠定了基础。同时采用实验室实验、理论分析、系统开发与现场试验及应用相结合的方法，利用数理统计、损伤力学、流变力学、突变理论，借助现代电子和计算机技术，建立了煤岩变形破裂过程电磁辐射力-电耦合模型，确定了模型参数的取值范围，研制了冲击地压电磁辐射连续监测仪和配套软件，建立了冲击地压电磁辐射监测系统，实现了数据的实时采集、图形和表格显示，历史数据的读取、图形和表格显示及数据统计分析，实现了对冲击地压危险的可视化监测。该项目在该矿4层煤1409工作面冲击地压监测预报中得到了成功应用。摸索出了监测预报的临界值，找出了电磁辐射规律，实现了电磁辐射的可视化连续监测，保证了冲击地压工作面的安全开采，为采矿业防治冲击地压进行了有益的探索。 依靠科技，综合治理。该矿先后投入资金250万元，对冲击地压进行治理，特别是2001年以来，先后与煤科总院北京开采所、中国矿业大学、山东科技大学、辽宁工程技术大学等研究单位开展多项冲击地压研究工作，研究制定了解危措施，预测、预报、防治方案；重新规划了四层煤的开采布局、开采程序、巷道设计和开采方法。合并采区跨上山开采，制订了开采保护层的“采六保四”方案；还采取国际先进的煤粉监测、矿压监测、矿震监测、钻孔应力计监测，严密监测矿压动态；为加强防护，还采取了煤层注水、爆破卸压、工作面匀速推采、提高支架支设质量等方法，提高了工作面抗灾能力；推广了综采放顶煤开采，避开了上分层开采、放炮的影响，改变了工作面上覆岩层的组合，降低了工作面围岩的应力，有效遏制了冲击地压。2007年以来，该矿先后组织两次专家论证会，并邀请波兰专家团对该矿1410冲击地压工作面的安全生产进行了安全评价，制定了周密的封闭、启封恢复生产措施，成功启封了1410工作面。 1410工作面成功启封，实现了煤层应力集中与释放的自然平衡，优化了上平巷巷道层位布置，降低了上平巷掘进期间的冲击危险，保证上平巷的安全掘进，完成了“1410上顺槽无煤柱掘进技术”等一批科研创新项目，为深部冲击地压巷道安全、快速掘进总结了一整套成功经验，经过一年的共同努力，1410工作面实现了安全生产，保证了上平巷的安全掘进，工作面累计生产原煤40余万余吨，掘进进尺550余米，为矿井经济效益
冲击地压预防措施
冲击地压预防措施 冲击地压是聚集在矿井巷道和采场周围岩体的能量突然释放。在井巷中发生的爆炸事故。动 力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏、支架与设备、人员 伤亡，部分巷道跨落破坏等。冲击地压具有突发性、发生条件复杂性的特点。随着矿井开采 深度的增加，矿山压力显现日趋明显，为做好矿井冲击地压预测和预防工作，防止冲击地压 危害，确保179综采队安全生产，依据《煤矿安全规程》和有关规定及法律法规，制定相应 的防范措施： 一、管理机构 建立以队长为组长，生产、安全、机电等副副长为副组长。相关的负责人为成员的冲击地压 管理机构。 二、抢险准备工作 1、全队各工种人员，必须熟知矿井冲击地压灾害基本知识，掌握冲击地压发生的机理、预兆、影响因素及危害，以便及时采取相应的救援措施。 2、根据矿井冲击地压事故的特点，必须提前准备好各类技术装备，以便抢险救灾工作的需要。（液压起重器、大绳、矿工斧、镐、刀锯、两用锹检测仪器等） 3、生产科负责编制并贯彻落实施工措施，确保抢险施工安全进行。 4、机电科负责抢险期间机电设备及供电系统的安装使用，并在事故发生第一时间，停止矿 井生产电源。 5、地测科负责了解事故现场情况，分析判断事故严重程度、波及范围及存在的威胁。 6、安监科负责现场监督抢险过程的安全情况，杜绝二次事故的发生。 7、供应科负责准备抢险期间需要的所有工具并保证其安全质量。 8、运输区负责各类材料、工具、空重车皮的运输，确保各类材料、工具车皮及时达到作业 地点。 9、通风区负责通风系统的巡查、调风、风机安设等工作，确保井下无串联风、微风、无风 等现象。 10、调度室负责联系组织各单位抢险工作，并在事故发生的第一时间，通知矿井所有人员进 入新鲜风流中躲避。 三、技术管理 1、要对各开采煤层进行煤层冲击倾向性鉴定，并认真做好待采区段冲击地压危险性评价。 2、编制防治冲击地压专门设计。评价为有冲击地压危险性的区段，采区设计和掘进、采煤 作业规程必须编制防治冲击地压的专门设计。 3、采用正确的开采方式和采掘生产工艺，必须要采用长壁后退式开采方法和全部跨落式顶 板管理方法。 4、科学安排开采顺序，应避免人为形成孤岛、半孤岛高应力集中区。 5、优化巷道布置 1）、巷道应避免布置在支撑压力峰值位置或构造应力影响带内。 2）、采场巷道应布置在无冲击或弱冲击的煤层中或岩层中。 3）、采场之间应尽量采用无煤柱开采、沿空留巷或沿空送巷。确实不具备无煤柱开采条件的，应采取窄煤柱布置，与采空区留3—7m煤柱，尽量不布置在煤体边缘10—40m的范围内。
基于距离判别分析法的冲击地压预测研究
基于距离判别分析法的冲击地压预测研究 【摘要】考虑影响冲击地压的矿山地质因素和开采技术因素，提出预测预报冲击地压危险性的距离判别分析方法。选用煤层开采深度、顶板岩性、地质构造复杂程度、煤层倾角、煤层厚度、开采方法、有无煤柱、炮采或综采8项指标作为距离判别分析模型的输入变量，并以工程实测数据作为学习样本进行训练，建立相应判别函数对待判样本进行预测。研究结果表明，距离判别分析模型学习性能良好，预测精度高，回判估计的误判率为零，是冲击地压预测预报的一种有效而实用的方法。 0 引言 冲击地压自从1738年首次在英国南斯塔福煤田发生以来，几乎在所有采煤国家都陆续出现，严重威胁井下生产安全和作业人员的生命安全，现在已成为世界范围内矿井中最严重的自然灾害之一，一直属于国内外地质界和采矿界研究的重点课题。在我国，冲击地压除了具有突然性、瞬时震动性和破坏性等显现特征外，还具有以下特点： ①类型多种多样，灾害严重程度不同； ②发生条件极为复杂； ③随着矿井开采深度的增加，发生冲击地压灾害的矿井数量显著增加，危害程度也日趋严重。 因此，冲击地压的预测防治具有很重要的实用价值和现实意义。 目前，对冲击地压进行预测的传统方法主要有采用经验类比分析法、钻屑法、地音监测法、微震监测法、含水率测定法、电磁辐射法等。上述方法在工程实践中取得了一定效果。但是冲击地压的发生是一个比较复杂的问题，影响因素很多，因此，采用单一的冲击地压危险性指标有可能会给预测预报造成较大误差，严重影响着矿山企业的人身安全和生产安全。近几年，很多学者在考虑多因素影响的情况下，把灰色
系统方法、神经网络方法、支持向量机模型和引入到了冲击地压的预测预报中，取得了很多研究成果。 判别分析方法是一种有效的多元数据分析方法，它能从各训练样本中提取各总体的信息，科学地判断得到的样品属于什么类型，现已在很多领域得到广泛应用。笔者在综合考虑实际工程中影响冲击地压多因素的基础上，将距离判别分析方法引入到冲击地压的预测中，克服了预测预报中人为因素的影响，提高了预测的精度和可靠性，为冲击地压的预测预报提供了一种新途径。 1 距离判别分析方法 首先介绍距离判别分析方法的原理和过程。设总体
冲击地压微震监测预警系统的应用研究
摘要：介绍了冲击矿压的基本原理、微震监测技术的原理，并且阐述了微震监测系统的架构以及功能性设计。 关键词：冲击矿压微震监测技术预警系统 中图分类号：td324.2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2014）09（b）-0031-01 随着中国经济形势的变化和煤炭资源的日益深入开采，造成了煤岩动力灾害不断加重。针对于煤岩动力灾害，目前国内主要采用钻屑法、采动应力场的监控方法，车顶动态监测方法进行监测预警，但是以上手段在实际使用中都存在着监测范围小、精度低等劣势。于是，矿上冲击矿压的微震监测技术的优越性就得到了很好地体现。 1 冲击地压预警技术的发展 冲击地压，又称岩爆，是指井巷或周围的岩石表面，能量瞬间释放产生的动力现象突然严重破坏突然剧烈破坏的动力现象。 实现冲击地压防治预测的首先是得益于微震）监测技术的出现。在国外，它已使矿山微破裂发展的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿过程的一个有机组成部分，成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。实现矿山动力灾害预测的可能性的另一个重要因素则是矿山整体结构应力场分析的大规模科学计算技术的发展。大规模数值计算技术在国民经济建设中的作用，已普遍地为人们所共识。 2 微震监测基本原理 微震监测的基本原理是：岩体在变形破坏的整个过程中会伴随着裂纹的产生，扩展，能量积聚，以应力波的形式释放能量，从而产生微震事件。微震和声波到达预先埋设多个实时微震数据采集??的地震检波器。由于源和检测器之间的距离不同，则检测器的振动波的传播时间是不同的。根据不同的时间差检测器，使用“复杂的定位技术”进行震源定位计算，得到微震发生的位置。 3 基于aramism_e微震监测系统的冲击地压监测技术 aramism_e微震监测系统的主要功能是对整个矿井的实时监控，微震事件自动记录，并微震源位置和能量计算的范围内发生的微震事件，分析主要危险区微震事件的日常规律，动态评估有关的区域影响危险性类别，指导煤矿冲击地压防治工作；摆脱危险的测试和优化相关技术参数，提高防碰撞系统和控制效率的影响。 系统自带的软件区别于其他同类产品不同的功能，是可以监测每个区域的风险，容易掌握的矿难动态范围压缩趋势的影响，进行实时评估影响的结果，一个地区一旦发现异常情况，可以采取更有针对性的解危措施，以防止意外或减少提供了宝贵的时间事故风险水平，大大提高矿山岩爆防治的效率。 aramism_e微震监测系统是实时监控的最基本的功能，记录的微震事件，并计算其坐标计算和能量。在得到上述的基础上，结合实际需要，地质条件，开采技术等因素的因素，从不同角度对监测数据！采取不同的分析方法和手段，进一步做深入的分析，并在可能的冲击地压灾害的研究做出评价，指导现场岩爆防治。 4 微震监测系统架构设计 微震监测系统主要由检波测量探头、emr分站、和地面上位机等组成，系统采用带嵌入式信号传输模块的震动速度型矿震监测拾震器，独立的干线式数据传输系统，进行双向控制传输。可实现拾震器工作状态的远程监控和调试。 emr分站信号采集部分主要包含天线、前置放大电路和a/d转换电路，前置放大器输出的信号经电平调整后进入a/d转换电路，电磁辐射信号由微弱的模拟信号转换成离散数字信号，这样便于电磁辐射数据的存储与处理。通信部分采用现场总线方式，支持rs232、rs485、can和以太网等4种通信协议。分站通过调整通信协议，可以作为安全监测监控系统中的一
冲击地压预测与控制体系
冲击地压预测与控制体系Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on-mak ing, en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives
编制：____________________ 审核：____________________ 时间：____________________
冲击地压预测与控制体系 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 冲击地压是采动诱发高强度的煤（岩）弹性能瞬时释放，在相应采动空间引起强烈围岩震动和挤出的现象。是我国煤矿常见的重大事故灾害。冲击地压引起人员伤亡和设备损坏，不仅发生在推进的工作面现场，而且可能波及弹性释放范围的巷道、峒室，特别是存在应力集中的空间部位。迄今为止，冲击地压的控制处在统计管理与条理决策阶段，没有形成冲击地压的防治理论、监测方法及控制决策的一体化体系。本文基于对冲击地压发生的机理，对冲击地压事故进行了分类，提出了冲击地压事故预测与控制动力信息基础，形成了实用的冲击地压预测控制的体系。 1冲击地压发生的原因及实现的条件 具有冲击倾向的煤（岩）层，受构造运动和采场推进影 响而形成的高度应力集中和高能级的弹性变形能的储存，是
我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望_鞠文君
综述 我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望 鞠文君，潘俊锋 （天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013） ［摘要］总结分析了我国冲击地压监测预警的主要方法和技术特点，提出了冲击地压矿井的 4种主要监测预警模式，指出了目前我国冲击地压矿井的监测预警模式在监测理论、方案设计、监测目标、设备搭配等方面存在的问题，提出了我国冲击地压监测预警技术的发展趋势：预警模式设计分源、空间层次化；监测点布置信息动态反馈调整；监测设计实施精细化、精度化；预警结果综合权重分析。 ［关键词］ 冲击地压；监测预警；冲击启动理论；分源；权重；信息动态反馈 ［中图分类号］TD324 ［文献标识码］A ［文章编号］1006-6225（2012）06-0001-05Status and Prospect of Rock-burst Monitoring and Alarm Technology in Chinese Coal Mine JU Wen-jun ，PAN Jun-feng （Coal Mining ＆Designing Department ，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China ） Abstract ：By concluding main methods and technical characteristics of rock-burst monitoring and alarm in China ，this paper put for-ward 4main monitoring and alarm modes ，and indicated current problems in monitoring theory ，projection design ，monitoring goal and equipment collocation ，etc.Development tendency of rock －burst monitoring and alarm technology was present including different-source and space-layering alarm ，monitoring layout information dynamic feedback and adjustment ，précised alarm and comprehensive weight analysis of alarm result. Key words ：rock-burst ；monitoring and alarm ；rock-burst start theory ；different-source ；weight ；information dynamic ［收稿日期］2012－11－01 ［基金项目］国家自然科学基金项目（51204097）；国家重点基础研究发展计划（973）项目（2010CB226806） ［作者简介］鞠文君(1965－)，男，内蒙古赤峰人，博士，研究员，博士生导师，天地科技股份有限公司开采设计事业部副总经理，主要 从事巷道支护技术及工程监测技术的研究。 冲击地压是指矿山井巷或采场周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬间释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象 ［1］ 。对于煤矿企业 来说，如何预测冲击地压的发生；在什么时候、什么位置去进行解危或诱导；不得已的情况下怎样合理避灾，是冲击地压防治必须面对的问题。因而，探索冲击地压前兆信息，辨识冲击地压危险源分布特征，以及在此基础上探索冲击地压监测预警技术是冲击地压研究的重要内容。 国内外学者针对冲击地压前兆信息探测开展了许多研究 ［1－6］ ，取得了一系列重要理论成果。近年 来，在冲击地压监测手段上也有长足进展，一些高技术含量的监测设备被引入到冲击地压的监测预警中来。但由于冲击地压发生条件复杂，预警模式多样，监测设备繁多，使得煤矿企业在冲击地压防治工作中眼花缭乱，无所适从。 本文分析了我国煤矿冲击地压监测预警的主要方法和模式，指出了冲击地压的监测预警发展趋势， 以期对冲击地压监测预警和防治工作有所帮助。1煤矿冲击地压主要监测预警方法 冲击地压监测预警方法复杂多样，并不断推陈 出新，根据监测目标与原理可将其分为2类：岩石力学方法和地球物理方法。1.1 岩石力学方法 岩石力学方法主要以监测冲击地压发生前围岩变形、离层、应力变化、动力现象等特征为主，属于直观接触式监测方法，主要包括煤粉钻屑法、钻孔应力计法、支架载荷法、围岩变形测量法等。 (1)煤粉钻屑法 由德国首先提出，目前在 国际上已被广泛应用，是我国冲击地压前兆探测最基本的一种监测手段。我国《冲击地压煤层安全开采暂行规定》和《煤矿安全规程》都将钻屑法作为确定冲击危险程度和采取措施后的效果检验方法。该方法简单，便于实施，能直接反映煤体压力大小，并且通过不同深度的取屑，可以测量煤体不同深度的压力状态，实现“线”监测。缺点是：探测范围小，打钻工程量大，钻机布置受巷道断 1 第17卷第6期（总第109期） 2012年12月煤矿开采Coal mining Technology Vo1.17No.6（Series No.109） December 2012
冲击地压的防治措施
冲击地压的防治措施 根据发生冲击地压的成因和机理，防治措施的基本原理有两方面：一是降低应力的集中程度；二是改变煤岩体的物理力学性能，以减弱积聚弹性能的能力和释放速率。 1降低应力的集中程度 减弱煤层区域内的矿山压力值的方法有：①超前开采保护层；②无煤柱开采，在采区内不留煤柱和煤体突出部分，禁止在邻近层煤柱的影响范围内开采；③合理安排开采顺序，避免形成三面采空状态的回采区段或条带和在回采工作面前方掘进巷道，必要时应在岩石或安全层内掘进巷道，禁止工作面对采和追采。 2改变煤层的物理力学性能 改变煤层的物理力学性能主要有：高压注水、放松动炮和孔相卸压等方法。 ⑴高压注水是通过注水，人为地在煤岩内部造成一系列的弱面，并使其软化，以降低煤的强度和增加塑性变形量。注水后，煤的湿度平均增加1%—2.2%时，可使其单向受压的塑性变形量增加13.3%—14.5%。 ⑵放松动炮是人为地释放煤体内部集中应力区积聚的能量。在回采工作面中使用时，一般是在工作面沿走向打4m—6m深的炮眼，进行桧爆破。它的作用是可以诱发冲击地压和煤壁前方经常保持一个破碎保护带，使最大支承压力转入煤体深处，随后即使发生冲击地压，对采场的威胁也大为降低。 ⑶钻孔槽卸压是用大直径钻孔或切割沟槽使煤体松动，达到卸压效果。卸载钻孔的深度一般应穿过应力增高带。在掘进石门揭开有冲击危险的煤层时，应距煤层5m—8m处停止掘进，使钻孔穿透煤层，进行卸压。 此外，还可依靠选择最佳采煤方法、回采设备、开采参数和工作制度等方法，局部降低煤层边缘的冲击危险程度。例如，当开采有冲击危险的单一煤层时，应采用直线式长壁工作面授前进式采煤方法，并在巷道侧不留煤柱。对有冲击危险的厚煤层，应采用倾斜分层长壁式采煤方法。上分层的开采厚度应当最小。 开采有冲击危险的煤层时，无论是在回采工作面还是在掘进工作面中，都应采用支撑力大的可缩性金属支架。 综合上述可以认为，在现有技术水平下对冲击地压认真地进行测定和预报工作，并针对具体情况采取有效的防治措施，完全可以消除或大大减少冲击地压事故。
浅谈国内外冲击地压预测与防治
浅谈国内外冲击地压预测与防治 冲击地压是一种特殊的矿山压力现象，也是煤矿井下复杂动力现象之一。当应力超过极限状态时，会造成瞬间大量弹性能的突然释放，，不仅会对设备造成损坏，严重时可造成人员伤亡。本文主要针对冲击地压发生的现状，阐述目前国内外对冲击地压预测和防治的情况，对现有主要的预测技术进行了分析说明。 标签：冲击地压；威胁；预测；防治 前言 随着我国能源对煤炭的需求，煤炭开采量随之增加，开采深度已接近千米。因此冲击地压灾害将日益严重，短期内还不能像发达国家一样将冲击地压矿井一并予以关闭。从而，我们必须对冲击地压这种自然灾害进行更深的研究。本文对冲击地压预测与防治方法进行了综合论述，希望对冲击地压预测与防治有所帮助。 1 冲击地压预测 1.1 围岩变形监测法 采掘活动在煤层和顶底板中将引起各种形式的矿山压力显现，其中支承压力有着特殊的意义。支承压力的大小、分布是多因素影响的结果。在发生冲击地压过程中，支承压力特别是动压显现起着重要作用。因此利用它的显现规律可以预测冲击地压。一般情况下，支承压力的动压显现与工作面煤壁边缘区的稳定性有关。当边缘区未被压坏时，随着采煤工作面的推进，支承压力的大小和峰值也随之变化，其峰值愈靠近煤壁冲击危险性也愈大。 1.2 钻屑法 钻屑法是通过在煤体中钻小直径钻孔，根据钻孔时排出的煤粉量及其变化规律和有关动力现象。达到一系列探测目的施工方法；钻屑法能够估测煤岩体应力大小和分布，因而能够用于估测采掘工作面的支承压力大小和分布规律。支承压力的峰值大小，峰值位置至煤壁的距离，以及支承压力显著作用范围。它具有简单易行、直观、适应性强等优点，成为公认的一种预测冲击地压危险的主要方法。 1.3 地音微震监测 地音微震监测是实现冲击地压防治现代化的有效途径。在井下生产过程中，回采、掘进等生产过程都会引起围岩应力集中，造成采掘空间周围岩的震动、破裂和突然卸压出现一系列具有动力特征的声发射现象，通过上述动力现象是煤岩结构破坏和裂隙扩展或灾害性事故的前兆信号，观测和记录这些现象就可以预测冲击危险。
冲击地压预测预报制度
编号：SY-AQ-06715 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 冲击地压预测预报制度 Rockburst prediction system
冲击地压预测预报制度 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 为做好本矿井冲击地压预测预报工作，特制定本制度。 1．冲击地压预测预报由防冲办负责，防冲办负责微震、应力在线系统及钻屑法指标分析，采掘区队及防冲队按照分工要求及工作安排负责现场监测施工。检测有冲击地压危险时，预测结果和处理意见由矿冲击地压防治领导小组审核，监测数据要存档。 2．冲击地压危险采取区域预测、区域监测、局部检测的综合预测方法。 3．区域预测：防冲办根据矿井年度生产计划，结合生产实际情况，根据经验类比等方法预先划分出冲击地压危险区域，并确定危险程度，进行冲击地压的早期区域预测，分析采掘工作面是否具有冲击危险，并制定相关监测方案、措施，对于重点冲击隐患地点聘请科研院所防冲专家进行防冲专项评估，制定防治方案及措施。 4．区域监测：防冲办负责应用微震监测、应力实时在线监测等方法，
对矿井监测地点的冲击危险性进行区域监测，提出冲击危险预警。区域监测对预测的冲击危险程度应进行日分析汇报与中等及严重冲击危险及时汇报，并按规定要求安排相关区队进行冲击危险局部检测确定危险程度。 5．局部检测：采掘区队及防冲队按照措施规定采用钻屑法检测冲击地压危险地点的危险程度。 6．综合分析：防冲办结合矿压显现等情况综合采用以上方法预测冲击地压危险。 7．钻屑法施工情况必须及时汇报防冲办或工区，检测数据应当真实有效。当出现煤粉指标超过警戒值或发生动力效应等冲击地压危险征兆时应立即停产撤人。 8．当检测存在冲击地压危险时，施工单位负责人将冲击危险区域内所有人员撤出，并设置警戒，严禁任何人员进入冲击危险区，并汇报调度室、防冲办、工区。 9．当分析存在冲击地压危险时，必须实施解危措施，解危前，必须编制专门措施，由总工程师审批。
冲击地压防治流程(修改)
目录 一、防冲技术路线 (1) 二、防冲体系构建 (2) 三、防冲工作流程 (4) 四、防冲保障体系 (9)
一、防冲技术路线 冲击地压防治思路：防治结合、先防后治、以防为主，即优先进行冲击地压区域防范设计，以冲击地压危险预评估为基础，分阶段和分区域进行冲击地压的动态防治。 图1防冲技术路线 所谓冲击地压区域防范设计就是从煤层开采顺序、煤柱留设、开采方法等方面考虑，设计冲击地压危险最小的开采方案。
所谓冲击地压危险预评估就是在新的煤层开采、新的采区布置、新的工作面开采前均要进行冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价，对于评价有冲击地压危险的区域，必须提前进行防治准备工作。 所谓分阶段进行冲击地压防治就是将防治工作分成开采设计、准备、和回采三个阶段分别进行。在开采设计阶段力求从源头上消除冲击地压危险；在准备阶段要划分出冲击危险区域，提前做好冲击地压防治预案；在开采阶段要根据监测数据分析结果及时发现冲击地压危险源并采取解危措施。 所谓分区域进行冲击地压防治就是根据预评价结果将采掘空间 划分为强、弱和无冲击危险区，针对不同冲击地压危险区域采用不同的巷道支护方案、开采推进速度、卸压解危措施等，保证在冲击危险区域的安全。 所谓对冲击地压的动态防治就是要在开采过程中对监测方案、解危措施和参数不断进行调整优化并对解危措施实行效果检验，以达到最有效和最经济的防治目的。 二、防冲体系构建 很多矿井发生冲击地压主要都是因为冲击地压防治机构不健全，没有采取任何的冲击地压防治措施。冲击地压防治体系的构建是有效防止冲击地压发生的一个必要条件，建立完善合理的矿井防冲体系是矿井安全高效生产的基本保证。 雨田一号井冲击地压防治原则是在区域防范的基础上，以煤层冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价为依据，形成“监测预警—防治解危
南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用(2021)
南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用(2021) Safety work has only a starting point and no end. Only the leadership can really pay attention to it, measures are implemented, and assessments are in place. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0960
南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用 (2021) 摘要：通过对兖州煤业公司南屯煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析，结合矿生声实际，提出并制定了适合本矿条件的冲击地压危险预测方法，如煤岩锋冲击倾向鉴定、煤层压力一变形观测、数值计算、综合指数计算、煤粉钻孔、电测辐射监测等；解危措施是煤层注水、卸压爆破、钻孔卸压等；解危措施效果检验方法是电磁辐射法和钻屑法，从而建立了适合南屯煤矿击地压防治的安全开采体系。 关键词：冲击地压；解危措施；效果检验；安全开采 南屯井田位于山东省邹城市西部北宿、太平、城关和中心店境内。井田东西长10．5km，南北宽4.5km，面积约43．5km2。其中3煤层分布面积约27．5km2。九采区位于井田东北部，其范围东至一
号井东断层，西到八采区东断层与七、八采区相邻。北以皇甫断层与东滩井田为界，南至3煤层风化露头。整个采区呈北宽南窄的不规则四边形，南北长4750m，东西宽1100-2600m，面积约6.5km2。 以前开采过程中没有发生过冲击地压，但随着采深的增加，井田内留下了很多不规则的煤柱，一方面使上覆岩层的空问结构变得更加复杂，另一方面谋柱上的应力叠加相当于把采深成倍地加大了，冲击地压已经成为深部开采的主要安全隐患。 1南屯煤矿9304工作面概况 93上04工作面位于九采一分区东部，南侧为93上02工作面采空区(2006年5月回采结束)，北侧为93上06工作面(未准备)，东部与九采边界胶带巷相邻。地面标高50．11～55．62m，平均52．87m。井下标高一480～一650m，平均一565m。工作面长度151．2m，推进长度1644m，93上04工作面自2007年2月7日开始回采，工作面采用伪倾斜长壁综合机械化放顶煤一次采全高全部垮落采煤法，目前工作面已推进118m。工作面开采煤层为3上煤层，该工作面范围内，3上煤层赋存稳定，煤层的厚度3．40～6．70m，平均5.21m。
冲击地压实时监测预警技术及其应用
第38卷第8期 煤炭科学技术 Vol 138 No 18 2010年 8月 Coal Science and Technol ogy Aug . 2010 冲击地压实时监测预警技术及其应用 桂 兵1 ,张广文1 ,张士斌1 ,于正兴2 ,姜福兴2 ,董晓宁 1 (11兖矿集团济宁三号煤矿,山东济宁 272169;21北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083) 摘 要:为了加强对强冲击危险工作面冲击地压的监测,根据覆岩运动理论提出了钻屑当量与煤体相对应力之间的关系,研制了属于中后期预警和局部预警的冲击地压在线实时监测系统。通过现场应用,结果表明:该系统能够动态监测不同孔深的煤体应力变化,能有效地对现场冲击危险状况进行实时在线监测和预警,使强冲击危险工作面及时采取防范措施和局部解危措施。实践证实冲击地压在线监测预警技术有助于强冲击危险工作面的安全开采。 关键词:冲击地压;强冲击危险;在线监测预警;系统构成;支承压力中图分类号:T D32412 文献标志码:A 文章编号:0253-2336(2010)08-0022-03 On -L i n e M on itor i n g and Pre -W arn i n g Technology of Pressure Bu m p and Appli ca ti on G U IB ing 1 ,ZHANG Guang 2wen 1 ,ZHANG Shi 2bin 1 ,Y U Zheng 2xing 2 ,J I A NG Fu 2xing 2 ,DONG Xiao 2ning 1 (1.J ining N o 13M ine,Yanzhou Coal M ining Group,J ining 272169,China; 2.School of C ivil and Environm ent Engineering,U niversity of Science and Technology B eijing,B eijing 100083,China ) Abstract:I n order t o enhance the monit oring and measuring of the p ressure bu mp in the coal m ining face with the high bu mp ing danger,the relati onshi p bet w een the drilling cutting equivalent and the coal related stress was p r oposed based on the overburden strata move ment theory and a p ressure bu mp on -line monit oring syste m f or the mediu m and later p re -warning and regi onal p re -warning was devel oped .The site app licati on results showed that the syste m could have a dynam ic monit oring and measuring t o the coal stress variati on in different borehole dep th and could be effectively t o have a real ti m e on -line monit oring and p re -warning t o the site p ressure bu mp danger status .The syste m could p r ovide the scientific basis t o ti m ely take the p reventi on measures and the regi onal danger releasing measures t o the coal m ining face with the high bu mp dangers for the safety m ining .The p ractices showed that the on -line monit oring and p re -warning tech 2nol ogy of the p ressure bu mp would be favorable t o the safety m i m ing of the coal m ining face with the high bu mp danger . Key words:p ressure bu mp;high bu mp ing danger;on -line monit oring and p re -warning;syste m compositi on;support p ressure 基金项目:国家自然科学基金资助项目(507740127);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2010CB226803) 监测与预警是冲击地压防治重要工作是及时采取区域性防范措施和局部性解危措施,降低和避免冲击地压危害具有十分重要的意义。关于冲击地压监测,目前国内外已提出微震监测技术、电磁辐射 法、钻屑法、地音法等多种方法[1-7] ,这些方法初步实现了对冲击地压从区域到局部、局部到点的联合分级监测。其中,钻屑法是目前针对局部(点)区域冲击危险的通用监测手段,但其存在劳动强度高、耗时长、在断层等特殊地质条件下无法施工、高冲击危险区域易诱发冲击等缺陷,尤其不能实现 对局部(点)区域冲击危险的实时预警预报[2,4] 。因此,对冲击危险的局部(点)预警技术这一难 题进行攻关非常有必要。针对该研究现状,本文以兖州济宁三号煤矿163下00综放工作面为主要实践点,提出以围岩钻孔相对应力值为主要预警指标的冲击地压局部(点)实时监测预警技术。 1 冲击地压局部实时监测预警技术 1)预警基本原理。冲击地压局部(点)区域内的实时监测预警的基本原理主要是揭示覆岩运动、支承压力、钻屑量与钻孔围岩应力之间的内在关系,其监测的参数是煤体中的垂直应力。随着工作面的推进,采空区上方顶板岩层产生运动、垮落,整个采空区上覆岩层的自重应力转移至采空区周围,导致采空区周围(包括工作面前方)垂直应力升高,即支承压力分布范围及峰值将逐渐增大,直到覆岩破断高度达到其最终破断高度。岩层 2 2
冲击地压测定、监测与防治方法 第7部分：采动应力监测方法(标准
I C S73.040 D20 中华人民共和国国家标准 G B/T25217.7 2019 冲击地压测定二监测与防治方法 第7部分:采动应力监测方法 M e t h o d s f o r t e s t,m o n i t o r i n g a n d p r e v e n t i o no f r o c kb u r s t P a r t7:M o n i t o r i n g m e t h o do fm i n i n g-i n d u c e d s t r e s s 2019-08-30发布2020-03-01实施 国家市场监督管理总局
前言 G B/T25217‘冲击地压测定二监测与防治方法“分为14个部分: 第1部分:顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法; 第2部分:煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法; 第3部分:煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法; 第4部分:微震监测方法; 第5部分:地音监测方法; 第6部分:钻屑监测方法; 第7部分:采动应力监测方法; 第8部分:电磁辐射监测方法; 第9部分:煤层注水防治方法; 第10部分:煤层钻孔卸压防治方法; 第11部分:煤层卸压爆破防治方法; 第12部分:开采保护层防治方法; 第13部分:顶板深孔爆破防治方法; 第14部分:顶板水压致裂防治方法三 本部分为G B/T25217的第7部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本部分由中国煤炭工业协会提出并归口三 本部分起草单位:天地科技股份有限公司二煤炭科学技术研究院有限公司二兖矿集团有限公司二北京科技大学二辽宁工程技术大学二中国矿业大学三 本部分主要起草人:齐庆新二潘俊锋二张修峰二姜福兴二王书文二张宏伟二窦林名二刘少虹二赵善坤二秦子晗三
冲击地压预测预报制度正式版
Through the joint creation of clear rules, the establishment of common values, strengthen the code of conduct in individual learning, realize the value contribution to the organization.冲击地压预测预报制度正 式版
冲击地压预测预报制度正式版 下载提示：此管理制度资料适用于通过共同创造，促进集体发展的明文规则，建立共同的价值观、培养团队精神、加强个人学习方面的行为准则，实现对自我，对组织的价值贡献。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 为做好本矿井冲击地压预测预报工作，特制定本制度。 1．冲击地压预测预报由防冲办负责，防冲办负责微震、应力在线系统及钻屑法指标分析，采掘区队及防冲队按照分工要求及工作安排负责现场监测施工。检测有冲击地压危险时，预测结果和处理意见由矿冲击地压防治领导小组审核，监测数据要存档。 2．冲击地压危险采取区域预测、区域监测、局部检测的综合预测方法。 3．区域预测：防冲办根据矿井年度生
产计划，结合生产实际情况，根据经验类比等方法预先划分出冲击地压危险区域，并确定危险程度，进行冲击地压的早期区域预测，分析采掘工作面是否具有冲击危险，并制定相关监测方案、措施，对于重点冲击隐患地点聘请科研院所防冲专家进行防冲专项评估，制定防治方案及措施。 4．区域监测：防冲办负责应用微震监测、应力实时在线监测等方法，对矿井监测地点的冲击危险性进行区域监测，提出冲击危险预警。区域监测对预测的冲击危险程度应进行日分析汇报与中等及严重冲击危险及时汇报，并按规定要求安排相关区队进行冲击危险局部检测确定危险程度。
煤矿冲击地压预防措施
煤矿冲击地压预防措施 煤矿冲击地压预防措施 冲击地压是聚集在矿井巷道和采场周围岩体的能量突然释放。在井巷中发生的爆炸事故。动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏、支架与设备、人员伤亡，部分巷道跨落破坏等。冲击地压具有突发性、发生条件复杂性的特点。 新城煤矿开采至今无冲击地压现象发生，但根据临矿(城山煤矿)以前25#煤层发生过冲击地压现象及我矿部分采区开采深度已经达到-580水平，矿井开采深度的增加，矿山压力显现日趋明显，为做好矿井冲击地压预测和预防工作，防止冲击地压危害，确保矿井安全生产，依据《煤矿安全规程》和有关规定及法律法规，特制定以下防范措施如下： 一、管理机构 组长：王连军 副组长：杨庆胜谢学文沈广东王杰黄万胜 金邵柱 成员：生产科机电科地测科安监处供应科 运输区通风区调度室 二、抢险准备工作 1、全矿各单位人员、工种，必须熟知矿井冲击地压灾害基本知识，掌握冲击地压发生的机理、预兆、影响因素及危害，以便及时采取相应
的救援措施。 2、根据矿井冲击地压事故的特点，必须提前准备好各类技术装备，以便抢险救灾工作的需要。(液压起重器、大绳、矿工斧、镐、刀锯、两用锹、担架、检测仪器、苏生器、生命探测仪等) 3、生产科负责编制并贯彻落实施工措施，确保抢险施工安全进行。 4、机电科负责抢险期间机电设备及供电系统的安装使用，并在事故发生第一时间，停止矿井生产电源。 5、地测科负责了解事故现场情况，分析判断事故严重程度、波及范围及存在的威胁。 6、安监处负责现场监督抢险过程的安全情况，杜绝二次事故的发生。 7、供应科负责准备抢险期间需要的所有工具并保证其安全质量。8、运输区负责各类材料、工具、空重车皮的运输，确保各类材 料、工具车皮及时达到作业地点。 9、通风区负责通风系统的巡查、调风、风机安设等工作，确保 井下无串联风、微风、无风等现象。 10、调度室负责联系组织各单位抢险工作，并在事故发生的第一时间，通知矿井所有人员进入新鲜风流中躲避。 三、技术管理 1、要对各开采煤层进行煤层冲击倾向性鉴定，并认真做好待采区段冲击地压危险性评价。 2、编制防治冲击地压专门设计。评价为有冲击地压危险性的区段，采