陜西煤礦沖擊地壓現狀分析及防治對策

簡軍峰

(陜西省煤炭生產安全監督管理局，陜西 西安 710001)

0 引言

“沖擊地壓”是指煤礦井巷或工作面周圍煤(巖)體由于彈性變形能的瞬時釋放而產生的突然、劇烈破壞的動力現象，常伴有煤(巖)體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等現象，已經成為陜西省開采深部礦區的主要災害之一。然而時至今日，從發生機理和防治方法方面講，沖擊地壓仍是世界范圍內一種說不清，道不白的煤礦災害。在陜西，沖擊地壓更是一個新概念，即使是從事多年煤礦工作的老煤礦也不知為何物。2013年1月，胡家河煤礦402盤區掘進工作面首次出現強烈的動力現象——頻繁出現“煤炮”、嚴重漏頂、底臌、甚至設備移位等，為規避監管及增加建設投資，將其定義為“強礦壓”。隨著彬長礦區建設的推進，其它煤礦也相應發生了類似的動力現象，如高家堡煤礦在2014年掘進一盤區3條大巷時也多次發生類似現象，這才引起了有關方面的重視。2015年5月，省煤管局下發《關于開展沖擊礦壓防治知識培訓通知》(陜煤局函〔2015〕77號)，首次進行全省沖擊地壓知識培訓，連續組織赴省外考察學習，“強礦壓”才開始被定義為“沖擊地壓”，并作為陜西省煤礦的一種新型災害，開啟了陜西煤礦防治沖擊地壓危害(簡稱防沖)的艱難歷程。

1 三年來防沖工作取得的進展

1.1 防沖認識逐步轉變

將“強礦壓”重新定義為“沖擊地壓”是一個非常艱難的認識過程。彬長礦區、麟北礦區屬新建礦區，礦井在可行性研究階段沒有根據地質條件對可采煤層及其頂底板巖層沖擊傾向性進行評估，在設計階段未考慮沖擊地壓影響，在建設初期未采取防沖措施的情況下基本建成，大巷的層位與方向、硐室的位置、采煤工作面接續已成事實。如果屬沖擊地壓礦井，礦井開拓布置不符合《煤礦安全規程》相關規定。面對日益嚴重的沖擊現象，遮遮掩掩，回避沖擊地壓礦井的帽子已經解決不了問題。從上到下的各級管理部門，開始轉變認識，調整思路，正視存在，按照規定，從頭開始，認真做好沖擊地壓防治工作。

1.2 防沖規定逐步落實

我國最早的防治沖擊地壓規范性文件——《沖擊地壓煤層安全開采暫行規定》，是由原煤炭工業部1987年發布。《煤礦安全規程》中的相關防沖規定(第81條～90條)也多年沒有修訂。隨著我國煤礦開采深度、強度的增加，發生沖擊地壓的礦井數量急劇增加。據不完全統計，截至2016年，全國共發生沖擊地壓的礦井數已達200余處，陜西彬長礦區、麟北礦區發生沖擊地壓的礦井也達10處之多。2016年，國家安監總局發布的《煤礦安全規程》，將防治沖擊地壓作為專門一章，內容增加到了21條，基本涵蓋了沖擊地壓的界定、預測、防治及防護等。2016年9月，陜西省結合本省實際，配合《煤礦安全規程》(2016版)防沖規定的實施，以省安委會文件發布了《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規定》，補充了煤礦防沖責任、沖擊危險性評價、防沖設計、防沖機構與人員配備、防沖裝備及防沖費用等條款。

按照《煤礦安全規程》(2016版)和《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規定》要求，截止2016年底，彬長礦區、麟北礦區和旬東礦區共完成沖擊傾向性鑒定礦井17處，經過沖擊危險性評價，具有強沖擊危險的礦井4處，中等沖擊危險礦井3處，弱沖擊危險性礦井5處，無沖擊危險5處，基本完成了全省防治沖擊地壓的基礎性工作。

1.3 防沖機構、制度逐步健全

《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規定》要求，沖擊地壓煤礦必須配置專門的防沖機構和專職防沖隊伍，配備防沖副總工程師，防沖機構專職技術人員不少于3人，防沖隊伍不少于36人。必須建立健全安全生產責任制、崗位責任制、技術管理和全員培訓制度、沖擊地壓防治安全目標責任考核辦法等制度并認真組織落實。通過近3年的努力，具有強沖擊危險性的煤礦均配備了防沖副總工程師，設立了防沖辦公室，配備了防沖專職隊伍，健全了各種防沖制度，其它具有沖擊危險性的煤礦也在陸續建設之中。

1.4 防沖裝備逐步到位

陜西省的防沖工作還處于起步階段，預測沖擊地壓的方法及裝備基本上是“拿來主義”，照搬套用。在預測預報方面，采礦方法具有投資少，容易掌握的特點，如綜合指數法、鉆屑法應用比較普遍，也摸索出了適用于本礦的經驗。地球物理方法因設備投資大，解析有一定難度，設備配備步子相對較慢。目前，具有中等以上沖擊危險性的煤礦基本裝備了微震監測、應力在線監測系統等，開展了區域和局部相結合的沖擊危險性監測。部分煤礦也裝備了地音監測、CT反演設備，提高預測預報的準確性。在卸壓解危裝備方面，機具配備基本到位，部分煤礦還配備了比較先進的360°旋轉履帶式卸壓鉆機，防沖裝備已在逐步配備完善。

2 目前防沖工作存在的問題

2.1 防沖設計先天不足

按照防沖原則，區域先行是根本。所謂的區域先行就是在礦井設計、采(盤)區設計階段合理部署開拓布局、采掘接續，避免結構和采動應力集中，它是系統性防沖的靈魂工作。具體體現在選擇主要大巷、主要硐室層位，考慮大巷方位與最大水平應力方位夾角，劃分采(盤)區，選擇采煤工藝，確定掘進速度和采煤工作面推進速度，安排掘進工作面之間、掘進與采煤工作面之間、采煤工作面之間的時空關系等都應與防沖要求相適應。

然而在2013年以前，陜西未發生過沖擊地壓現象。在編制彬長、麟北礦區規劃和可行性研究時也未根據礦區地質條件、開采方式對可采煤層及其頂底板巖層的沖擊傾向性進行評估，礦井初步設計也沒有防沖相關內容。煤礦建設過程中，面對主要大巷時而發生動力現象，按沖擊地壓礦井要求調整設計為時已晚，防沖設計先天不足，區域先行治理欠賬嚴重，導致在錯誤的時間和地點開掘工作面或推采工作面而留存隱患。

2.2 防沖工作主動性不強

按照防沖原則，局部跟進是手段。所謂的局部跟進就是在區域先行措施的基礎上評價采掘工作面、巷道、硐室的沖擊危險性、劃定沖擊地壓危險區域和確定危險等級，再根據區域和局部監測結果采取解危措施。解危措施一般采用煤層鉆孔卸壓、煤層爆破卸壓、煤層注水、頂板爆破預裂、頂板水力致裂、底板鉆孔或爆破卸壓等方法。

目前從事防沖工作的人員在防治瓦斯、水、火等方面積累了一定的經驗，對這類災害都有一定的理性認識和感性認識。防治工作中降低了瓦斯濃度、成功疏堵了礦井水、消滅了煤層自燃等，都有直接的成就感。面對沖擊引起的瞬間底臌、變形，在找不著、看不見引發沖擊的動載源情況下，受自然地震預報、防震認知及眼見為實的影響，懷疑預測沖擊地壓發生的時間、空間和強度的準確性和解危措施的有效性。《煤礦安全規程》《防治煤礦沖擊地壓細則》中的防沖措施非常具體，規定必須執行，但由于缺乏正確認識，防沖主動性不強、積極性不高，防沖措施的實施坐失良機。

2.3 防沖專業技術人才欠缺

按照防沖要求，沖擊地壓礦井必須建立區域與局部相結合的沖擊危險性監測制度。監測方法一般采用微震監測、地音監測、應力監測、電磁輻射及鉆屑法等。近幾年煤礦在監測設備投入方面積極性普遍較高，應裝備的監測設備基本都裝備到位。但從事防沖工作的技術人員，從所學專業看五花八門，有采礦專業、安全專業、地質專業、通信專業，甚至還有文科專業；從在煤礦工作經歷看，大多工作時間不長，有的甚至是剛入職不久的學生。所從事監測工作中最主要的是解釋實時監測圖，就象醫生解釋X光片，不同水平的大夫解釋結果可能不一樣，治療效果也不大一樣，有的可能延誤病情。面對從業人員的專業背景與工作現實，先進的監測設備作用又能發揮到什么程度可想而知。

沖擊地壓理論及防沖工程涉及的基礎學科包含煤田地質學、地球物理學、巖體力學、采礦學、通信科學、計算機科學等。沒有一定專業基礎的工作只能是依葫蘆畫瓢，在多種災害耦合條件下防沖，更談不上系統思維、綜合防治，應該摒棄只買裝備不注重培養專業人才的慣性思維。

2.4 基礎研究不夠

沖擊地壓的實質是具有沖擊傾向性的煤巖體在原巖高應力(構造應力、自重應力)發生變形，在采動應力(靜載應力、動載應力)擾動下，在煤巖體的結構弱面瞬間釋放大量能力的動力現象。按原巖(煤)體的應力狀態分為重力應力型，構造應力型和介于重力與構造應力之間的中間型3類。不論哪種沖擊，都受井下開采引起的“時空關系+覆巖結構+地質構造”多重復雜因素影響，產生“地應力場+采動應力場+支護應力場”多場疊加的復雜應力重構，因此，防治沖擊地壓的核心問題就是應力控制問題，它不僅是理論問題，更是工程問題。

目前，陜西已經發生沖擊地壓的礦井基本集中在彬長和麟北礦區，這兩個礦區都是新開發礦區。這兩個礦區的覆巖結構、綜采放頂煤后的“三帶”(冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶)發育高度、區段煤柱寬度留設等涉及沖擊地壓的基礎資料在國內有其特殊性，沒有可借鑒經驗。同時這兩個礦區的新建煤礦均屬未批先建，煤礦工作的主要精力大多集中在完善審批手續之中，目前還沒有一處煤礦通過竣工驗收，防沖的基礎研究還未提到議事日程，仍處于起步階段。面對復雜的機理及防治措施，只能從外省“拿來”暫用，探索切合陜西實際的防沖理論與實踐，還有很長的路要走。

3 陜西沖擊地壓的潛在危險

從彬長礦區、麟北礦區和旬東礦區各煤礦沖擊傾向性鑒定和沖擊危險性評價結果看，彬長礦區自南向北隨著埋藏深度的增加，沖擊傾向性由弱變強，沖擊危險性趨勢與傾向性基本一致；麟北礦區已經建設的3處煤礦基本屬于中等沖擊傾向性和中等沖擊危險性；旬東礦區沖擊傾向性屬于弱沖擊，基本是無沖擊危險，但不排除個別區域具有沖擊危險性。近幾年，彬長礦區的個別煤礦已發生了多次沖擊，造成了巷道底臌變形、錨網脫落、設備移位等，雖然沒有造成人員傷亡，但經濟損失非常大。

銅川礦區北區個別煤礦已經發生了沖擊，目前正在進行相關鑒定和評價工作，臨近煤礦及焦坪礦區埋深較大的煤礦尚未開展沖擊傾向性鑒定工作。

澄合礦區埋藏深度超過400 m的煤礦已經按規定進行了沖擊傾向性鑒定，結論無沖擊傾向性。

榆神礦區三期、榆橫礦區南區、榆橫礦區北區、吳堡礦區、古城礦區以及正在編制規劃的榆神礦區四期部分礦井埋藏深度及頂板地質條件有類似《防治煤礦沖擊地壓細則》第10條規定之條件，是否存在沖擊危險，尚需進一步鑒定與評價。

縱觀陜西煤炭礦區分布，隨著新礦區的開發，煤礦開采深度、開采強度隨之加大，具有沖擊傾向性的煤礦數量可能會有所增加。無論從沖擊礦井的數量還是程度上看，陜西已成為全國煤礦沖擊災害嚴重的省份之一，應引起防沖工作者的注意。現有研究成果還不能完全揭示沖擊地壓形成機理和發生規律，且不同礦區、不同井田，不同采區都有其特殊性，陜西防沖任務仍將十分艱巨。

4 改善和加強防沖工作

隨著彬長、麟北礦區礦井的陸續投產，采空區面積逐漸擴大，應力集中進一步加劇，發生沖擊的概率也會增大，結合其它礦區的新建礦井大多也屬潛在的沖擊地壓礦井的實際，陜西省煤礦防沖形勢不容樂觀。2018年8月13日，中國煤炭學會全國煤礦動力災害防治學術研討會在彬長集團公司召開年會，多位院士、專家就沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災害一體化防治的新技術、新理論進行了深入廣泛的交流，深受啟發，謹提出以下對策和建議。

4.1 積極開展沖擊地壓基礎研究

目前，雖然沖擊地壓的機理還不是十分清楚，但評價沖擊危險性的主要方法還是綜合指數法。綜合指數法中采用的地質影響因素(煤礦開采深度、上覆裂隙帶內頂板堅硬厚層巖層距煤層距離、開采區域內構造應力集中程度、頂板巖層厚度特征參數、煤的單軸抗壓強度和煤的彈性能指數差別不大)和開采技術影響因素(采煤方法與工藝)在同一礦區內非常近似，行業主管部門或其它機構牽頭主導，集中礦區的財力、物力、人力，以一個礦區為研究對象，聯合高校及科研院所，開展地質與開采條件基礎研究，探索防治方法，提出防沖方案，既可節約研究成本，也可以將研究成果普遍推廣。

4.2 大力培養防沖專業技術人才

目前陜西從事沖擊地壓工作人員的專業學術背景參差不齊，有的甚至是非煤礦專業學歷，提高全省煤礦防治沖擊地壓水平必須有一批掌握沖擊地壓理論和防治知識的人才隊伍。應與國內從事相關研究與教學的高等院校合作，選派基層從事沖擊地壓工作的、有事業心的人員脫產學習，協商教學計劃，從煤田地質學、巖體力學基礎教學開始，系統地學習沖擊地壓相關理論，安排一定的實踐教學，儲備人才，選拔出一部分防沖專家。

4.3 勇于探索災害耦合同防共治機制

隨著開采深度的增大，煤礦災害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，沖擊地壓事故起數逐年上升，誘發瓦斯事故起數也在增加，單打獨斗的災害防治措施往往顧此失彼。例如，在確定區段煤柱寬度時就遇到這樣的矛盾，從防沖角度考慮，煤柱越小越好，甚至無煤柱開采；從防止煤炭自燃、防水角度考慮，煤柱必須有一定的寬度。再如，在抽放本煤層瓦斯時，施工的瓦斯抽放孔能不能作為下一步的防沖卸壓孔，如何確定孔徑，如何銜接時間，才能事半功倍等等，鼓勵在《煤礦安全規程》規定范圍內，探索多種災害同防共治機制，提高災害預防水平，保障煤礦安全生產。

5 結論

(1)陜西省的防沖工作雖然取得一些進展但還處于起步階段，存在著防沖設計先天不足、防沖工作主動性不強、防沖專業技術人才欠缺和基礎研究不夠的問題。

(2)隨著新礦區的開發，煤礦開采深度、開采強度隨之加大，具有沖擊傾向性的煤礦數量和范圍可能會有所增加，對這種趨勢應引起防沖工作者的注意。同時，結合本礦地質條件，按規定及時安排煤巖層沖擊傾向性的鑒定工作。

(3)建議積極開展沖擊地壓基礎研究、大力培養防沖專業技術人才和探索災害耦合同防共治機制等工作，改善和加強陜西省的防沖擊地壓危害工作。