陜西煤礦沖擊地壓現(xiàn)狀分析及防治對(duì)策

簡(jiǎn)軍峰

(陜西省煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)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(shí)釋放而產(chǎn)生的突然、劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象，常伴有煤(巖)體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象，已經(jīng)成為陜西省開采深部礦區(qū)的主要災(zāi)害之一。然而時(shí)至今日，從發(fā)生機(jī)理和防治方法方面講，沖擊地壓仍是世界范圍內(nèi)一種說不清，道不白的煤礦災(zāi)害。在陜西，沖擊地壓更是一個(gè)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(qū)掘進(jìn)工作面首次出現(xiàn)強(qiáng)烈的動(dòng)力現(xiàn)象——頻繁出現(xiàn)“煤炮”、嚴(yán)重漏頂、底臌、甚至設(shè)備移位等，為規(guī)避監(jiān)管及增加建設(shè)投資，將其定義為“強(qiáng)礦壓”。隨著彬長(zhǎng)礦區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，其它煤礦也相應(yīng)發(fā)生了類似的動(dòng)力現(xiàn)象，如高家堡煤礦在2014年掘進(jìn)一盤區(qū)3條大巷時(shí)也多次發(fā)生類似現(xiàn)象，這才引起了有關(guān)方面的重視。2015年5月，省煤管局下發(fā)《關(guān)于開展沖擊礦壓防治知識(shí)培訓(xùn)通知》(陜煤局函〔2015〕77號(hào))，首次進(jìn)行全省沖擊地壓知識(shí)培訓(xùn)，連續(xù)組織赴省外考察學(xué)習(xí)，“強(qiáng)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(zāi)害，開啟了陜西煤礦防治沖擊地壓危害(簡(jiǎn)稱防沖)的艱難歷程。

1 三年來防沖工作取得的進(jìn)展

1.1 防沖認(rèn)識(shí)逐步轉(zhuǎn)變

將“強(qiáng)礦壓”重新定義為“沖擊地壓”是一個(gè)非常艱難的認(rèn)識(shí)過程。彬長(zhǎng)礦區(qū)、麟北礦區(qū)屬新建礦區(qū)，礦井在可行性研究階段沒有根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)可采煤層及其頂?shù)装鍘r層沖擊傾向性進(jìn)行評(píng)估，在設(shè)計(jì)階段未考慮沖擊地壓影響，在建設(shè)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(xù)已成事實(shí)。如果屬?zèng)_擊地壓礦井，礦井開拓布置不符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。面對(duì)日益嚴(yán)重的沖擊現(xiàn)象，遮遮掩掩，回避沖擊地壓礦井的帽子已經(jīng)解決不了問題。從上到下的各級(jí)管理部門，開始轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)，調(diào)整思路，正視存在，按照規(guī)定，從頭開始，認(rèn)真做好沖擊地壓防治工作。

1.2 防沖規(guī)定逐步落實(shí)

我國(guó)最早的防治沖擊地壓規(guī)范性文件——《沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定》，是由原煤炭工業(yè)部1987年發(fā)布?！睹旱V安全規(guī)程》中的相關(guān)防沖規(guī)定(第81條～90條)也多年沒有修訂。隨著我國(guó)煤礦開采深度、強(qiáng)度的增加，發(fā)生沖擊地壓的礦井?dāng)?shù)量急劇增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2016年，全國(guó)共發(fā)生沖擊地壓的礦井?dāng)?shù)已達(dá)200余處，陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)、麟北礦區(qū)發(fā)生沖擊地壓的礦井也達(dá)10處之多。2016年，國(guó)家安監(jiān)總局發(fā)布的《煤礦安全規(guī)程》，將防治沖擊地壓作為專門一章，內(nèi)容增加到了21條，基本涵蓋了沖擊地壓的界定、預(yù)測(cè)、防治及防護(hù)等。2016年9月，陜西省結(jié)合本省實(shí)際，配合《煤礦安全規(guī)程》(2016版)防沖規(guī)定的實(shí)施，以省安委會(huì)文件發(fā)布了《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規(guī)定》，補(bǔ)充了煤礦防沖責(zé)任、沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、防沖設(shè)計(jì)、防沖機(jī)構(gòu)與人員配備、防沖裝備及防沖費(fèi)用等條款。

按照《煤礦安全規(guī)程》(2016版)和《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規(guī)定》要求，截止2016年底，彬長(zhǎng)礦區(qū)、麟北礦區(qū)和旬東礦區(qū)共完成沖擊傾向性鑒定礦井17處，經(jīng)過沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)的礦井4處，中等沖擊危險(xiǎn)礦井3處，弱沖擊危險(xiǎn)性礦井5處，無沖擊危險(xiǎn)5處，基本完成了全省防治沖擊地壓的基礎(chǔ)性工作。

1.3 防沖機(jī)構(gòu)、制度逐步健全

《陜西省煤礦沖擊地壓防治十條規(guī)定》要求，沖擊地壓煤礦必須配置專門的防沖機(jī)構(gòu)和專職防沖隊(duì)伍，配備防沖副總工程師，防沖機(jī)構(gòu)專職技術(shù)人員不少于3人，防沖隊(duì)伍不少于36人。必須建立健全安全生產(chǎn)責(zé)任制、崗位責(zé)任制、技術(shù)管理和全員培訓(xùn)制度、沖擊地壓防治安全目標(biāo)責(zé)任考核辦法等制度并認(rèn)真組織落實(shí)。通過近3年的努力，具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)性的煤礦均配備了防沖副總工程師，設(shè)立了防沖辦公室，配備了防沖專職隊(duì)伍，健全了各種防沖制度，其它具有沖擊危險(xiǎn)性的煤礦也在陸續(xù)建設(shè)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(yù)測(cè)沖擊地壓的方法及裝備基本上是“拿來主義”，照搬套用。在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面，采礦方法具有投資少，容易掌握的特點(diǎn)，如綜合指數(shù)法、鉆屑法應(yīng)用比較普遍，也摸索出了適用于本礦的經(jīng)驗(yàn)。地球物理方法因設(shè)備投資大，解析有一定難度，設(shè)備配備步子相對(duì)較慢。目前，具有中等以上沖擊危險(xiǎn)性的煤礦基本裝備了微震監(jiān)測(cè)、應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，開展了區(qū)域和局部相結(jié)合的沖擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)。部分煤礦也裝備了地音監(jiān)測(cè)、CT反演設(shè)備，提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。在卸壓解危裝備方面，機(jī)具配備基本到位，部分煤礦還配備了比較先進(jìn)的360°旋轉(zhuǎn)履帶式卸壓鉆機(jī)，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(shè)計(jì)先天不足

按照防沖原則，區(qū)域先行是根本。所謂的區(qū)域先行就是在礦井設(shè)計(jì)、采(盤)區(qū)設(shè)計(jì)階段合理部署開拓布局、采掘接續(xù)，避免結(jié)構(gòu)和采動(dòng)應(yīng)力集中，它是系統(tǒng)性防沖的靈魂工作。具體體現(xiàn)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(yīng)力方位夾角，劃分采(盤)區(qū)，選擇采煤工藝，確定掘進(jìn)速度和采煤工作面推進(jìn)速度，安排掘進(jìn)工作面之間、掘進(jìn)與采煤工作面之間、采煤工作面之間的時(shí)空關(guān)系等都應(yīng)與防沖要求相適應(yīng)。

然而在2013年以前，陜西未發(fā)生過沖擊地壓現(xiàn)象。在編制彬長(zhǎng)、麟北礦區(qū)規(guī)劃和可行性研究時(shí)也未根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)條件、開采方式對(duì)可采煤層及其頂?shù)装鍘r層的沖擊傾向性進(jìn)行評(píng)估，礦井初步設(shè)計(jì)也沒有防沖相關(guān)內(nèi)容。煤礦建設(shè)過程中，面對(duì)主要大巷時(shí)而發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象，按沖擊地壓礦井要求調(diào)整設(shè)計(jì)為時(shí)已晚，防沖設(shè)計(jì)先天不足，區(qū)域先行治理欠賬嚴(yán)重，導(dǎo)致在錯(cuò)誤的時(shí)間和地點(diǎn)開掘工作面或推采工作面而留存隱患。

2.2 防沖工作主動(dòng)性不強(qiáng)

按照防沖原則，局部跟進(jìn)是手段。所謂的局部跟進(jìn)就是在區(qū)域先行措施的基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)采掘工作面、巷道、硐室的沖擊危險(xiǎn)性、劃定沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域和確定危險(xiǎn)等級(jí)，再根據(jù)區(qū)域和局部監(jiān)測(cè)結(jié)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(yù)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(jīng)驗(yàn)，對(duì)這類災(zāi)害都有一定的理性認(rèn)識(shí)和感性認(rèn)識(shí)。防治工作中降低了瓦斯?jié)舛取⒊晒κ瓒铝说V井水、消滅了煤層自燃等，都有直接的成就感。面對(duì)沖擊引起的瞬間底臌、變形，在找不著、看不見引發(fā)沖擊的動(dòng)載源情況下，受自然地震預(yù)報(bào)、防震認(rèn)知及眼見為實(shí)的影響，懷疑預(yù)測(cè)沖擊地壓發(fā)生的時(shí)間、空間和強(qiáng)度的準(zhǔn)確性和解危措施的有效性。《煤礦安全規(guī)程》《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》中的防沖措施非常具體，規(guī)定必須執(zhí)行，但由于缺乏正確認(rèn)識(shí)，防沖主動(dòng)性不強(qiáng)、積極性不高，防沖措施的實(shí)施坐失良機(jī)。

2.3 防沖專業(yè)技術(shù)人才欠缺

按照防沖要求，沖擊地壓礦井必須建立區(qū)域與局部相結(jié)合的沖擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)制度。監(jiān)測(cè)方法一般采用微震監(jiān)測(cè)、地音監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、電磁輻射及鉆屑法等。近幾年煤礦在監(jiān)測(cè)設(shè)備投入方面積極性普遍較高，應(yīng)裝備的監(jiān)測(cè)設(shè)備基本都裝備到位。但從事防沖工作的技術(shù)人員，從所學(xué)專業(yè)看五花八門，有采礦專業(yè)、安全專業(yè)、地質(zhì)專業(yè)、通信專業(yè)，甚至還有文科專業(yè)；從在煤礦工作經(jīng)歷看，大多工作時(shí)間不長(zhǎng)，有的甚至是剛?cè)肼毑痪玫膶W(xué)生。所從事監(jiān)測(cè)工作中最主要的是解釋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖，就象醫(yī)生解釋X光片，不同水平的大夫解釋結(jié)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(duì)從業(yè)人員的專業(yè)背景與工作現(xiàn)實(shí)，先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備作用又能發(fā)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(chǔ)學(xué)科包含煤田地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、巖體力學(xué)、采礦學(xué)、通信科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。沒有一定專業(yè)基礎(chǔ)的工作只能是依葫蘆畫瓢，在多種災(zāi)害耦合條件下防沖，更談不上系統(tǒng)思維、綜合防治，應(yīng)該摒棄只買裝備不注重培養(yǎng)專業(yè)人才的慣性思維。

2.4 基礎(chǔ)研究不夠

沖擊地壓的實(shí)質(zhì)是具有沖擊傾向性的煤巖體在原巖高應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力、自重應(yīng)力)發(fā)生變形，在采動(dòng)應(yīng)力(靜載應(yīng)力、動(dòng)載應(yīng)力)擾動(dòng)下，在煤巖體的結(jié)構(gòu)弱面瞬間釋放大量能力的動(dòng)力現(xiàn)象。按原巖(煤)體的應(yīng)力狀態(tài)分為重力應(yīng)力型，構(gòu)造應(yīng)力型和介于重力與構(gòu)造應(yīng)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(shí)空關(guān)系+覆巖結(jié)構(gòu)+地質(zhì)構(gòu)造”多重復(fù)雜因素影響，產(chǎn)生“地應(yīng)力場(chǎng)+采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)+支護(hù)應(yīng)力場(chǎng)”多場(chǎng)疊加的復(fù)雜應(yīng)力重構(gòu)，因此，防治沖擊地壓的核心問題就是應(yīng)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(jīng)發(fā)生沖擊地壓的礦井基本集中在彬長(zhǎng)和麟北礦區(qū)，這兩個(gè)礦區(qū)都是新開發(fā)礦區(qū)。這兩個(gè)礦區(qū)的覆巖結(jié)構(gòu)、綜采放頂煤后的“三帶”(冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶)發(fā)育高度、區(qū)段煤柱寬度留設(shè)等涉及沖擊地壓的基礎(chǔ)資料在國(guó)內(nèi)有其特殊性，沒有可借鑒經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)這兩個(gè)礦區(qū)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(xù)之中，目前還沒有一處煤礦通過竣工驗(yàn)收，防沖的基礎(chǔ)研究還未提到議事日程，仍處于起步階段。面對(duì)復(fù)雜的機(jī)理及防治措施，只能從外省“拿來”暫用，探索切合陜西實(shí)際的防沖理論與實(shí)踐，還有很長(zhǎng)的路要走。

3 陜西沖擊地壓的潛在危險(xiǎn)

從彬長(zhǎng)礦區(qū)、麟北礦區(qū)和旬東礦區(qū)各煤礦沖擊傾向性鑒定和沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果看，彬長(zhǎng)礦區(qū)自南向北隨著埋藏深度的增加，沖擊傾向性由弱變強(qiáng)，沖擊危險(xiǎn)性趨勢(shì)與傾向性基本一致；麟北礦區(qū)已經(jīng)建設(shè)的3處煤礦基本屬于中等沖擊傾向性和中等沖擊危險(xiǎn)性；旬東礦區(qū)沖擊傾向性屬于弱沖擊，基本是無沖擊危險(xiǎn)，但不排除個(gè)別區(qū)域具有沖擊危險(xiǎn)性。近幾年，彬長(zhǎng)礦區(qū)的個(gè)別煤礦已發(fā)生了多次沖擊，造成了巷道底臌變形、錨網(wǎng)脫落、設(shè)備移位等，雖然沒有造成人員傷亡，但經(jīng)濟(jì)損失非常大。

銅川礦區(qū)北區(qū)個(gè)別煤礦已經(jīng)發(fā)生了沖擊，目前正在進(jìn)行相關(guān)鑒定和評(píng)價(jià)工作，臨近煤礦及焦坪礦區(qū)埋深較大的煤礦尚未開展沖擊傾向性鑒定工作。

澄合礦區(qū)埋藏深度超過400 m的煤礦已經(jīng)按規(guī)定進(jìn)行了沖擊傾向性鑒定，結(jié)論無沖擊傾向性。

榆神礦區(qū)三期、榆橫礦區(qū)南區(qū)、榆橫礦區(qū)北區(qū)、吳堡礦區(qū)、古城礦區(qū)以及正在編制規(guī)劃的榆神礦區(qū)四期部分礦井埋藏深度及頂板地質(zhì)條件有類似《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》第10條規(guī)定之條件，是否存在沖擊危險(xiǎn)，尚需進(jìn)一步鑒定與評(píng)價(jià)。

縱觀陜西煤炭礦區(qū)分布，隨著新礦區(qū)的開發(fā)，煤礦開采深度、開采強(qiáng)度隨之加大，具有沖擊傾向性的煤礦數(shù)量可能會(huì)有所增加。無論從沖擊礦井的數(shù)量還是程度上看，陜西已成為全國(guó)煤礦沖擊災(zāi)害嚴(yán)重的省份之一，應(yīng)引起防沖工作者的注意。現(xiàn)有研究成果還不能完全揭示沖擊地壓形成機(jī)理和發(fā)生規(guī)律，且不同礦區(qū)、不同井田，不同采區(qū)都有其特殊性，陜西防沖任務(wù)仍將十分艱巨。

4 改善和加強(qiáng)防沖工作

隨著彬長(zhǎng)、麟北礦區(qū)礦井的陸續(xù)投產(chǎn)，采空區(qū)面積逐漸擴(kuò)大，應(yīng)力集中進(jìn)一步加劇，發(fā)生沖擊的概率也會(huì)增大，結(jié)合其它礦區(qū)的新建礦井大多也屬潛在的沖擊地壓礦井的實(shí)際，陜西省煤礦防沖形勢(shì)不容樂觀。2018年8月13日，中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)全國(guó)煤礦動(dòng)力災(zāi)害防治學(xué)術(shù)研討會(huì)在彬長(zhǎng)集團(tuán)公司召開年會(huì)，多位院士、專家就沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害一體化防治的新技術(shù)、新理論進(jìn)行了深入廣泛的交流，深受啟發(fā)，謹(jǐn)提出以下對(duì)策和建議。

4.1 積極開展沖擊地壓基礎(chǔ)研究

目前，雖然沖擊地壓的機(jī)理還不是十分清楚，但評(píng)價(jià)沖擊危險(xiǎn)性的主要方法還是綜合指數(shù)法。綜合指數(shù)法中采用的地質(zhì)影響因素(煤礦開采深度、上覆裂隙帶內(nèi)頂板堅(jiān)硬厚層巖層距煤層距離、開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中程度、頂板巖層厚度特征參數(shù)、煤的單軸抗壓強(qiáng)度和煤的彈性能指數(shù)差別不大)和開采技術(shù)影響因素(采煤方法與工藝)在同一礦區(qū)內(nèi)非常近似，行業(yè)主管部門或其它機(jī)構(gòu)牽頭主導(dǎo)，集中礦區(qū)的財(cái)力、物力、人力，以一個(gè)礦區(qū)為研究對(duì)象，聯(lián)合高校及科研院所，開展地質(zhì)與開采條件基礎(chǔ)研究，探索防治方法，提出防沖方案，既可節(jié)約研究成本，也可以將研究成果普遍推廣。

4.2 大力培養(yǎng)防沖專業(yè)技術(shù)人才

目前陜西從事沖擊地壓工作人員的專業(yè)學(xué)術(shù)背景參差不齊，有的甚至是非煤礦專業(yè)學(xué)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(shí)的人才隊(duì)伍。應(yīng)與國(guó)內(nèi)從事相關(guān)研究與教學(xué)的高等院校合作，選派基層從事沖擊地壓工作的、有事業(yè)心的人員脫產(chǎn)學(xué)習(xí)，協(xié)商教學(xué)計(jì)劃，從煤田地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)開始，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)沖擊地壓相關(guān)理論，安排一定的實(shí)踐教學(xué)，儲(chǔ)備人才，選拔出一部分防沖專家。

4.3 勇于探索災(zāi)害耦合同防共治機(jī)制

隨著開采深度的增大，煤礦災(zāi)害不再是以往熟悉的瓦斯、水、火，沖擊地壓事故起數(shù)逐年上升，誘發(fā)瓦斯事故起數(shù)也在增加，單打獨(dú)斗的災(zāi)害防治措施往往顧此失彼。例如，在確定區(qū)段煤柱寬度時(shí)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(shí)，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(shí)間，才能事半功倍等等，鼓勵(lì)在《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定范圍內(nèi)，探索多種災(zāi)害同防共治機(jī)制，提高災(zāi)害預(yù)防水平，保障煤礦安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

(1)陜西省的防沖工作雖然取得一些進(jìn)展但還處于起步階段，存在著防沖設(shè)計(jì)先天不足、防沖工作主動(dòng)性不強(qiáng)、防沖專業(yè)技術(shù)人才欠缺和基礎(chǔ)研究不夠的問題。

(2)隨著新礦區(qū)的開發(fā)，煤礦開采深度、開采強(qiáng)度隨之加大，具有沖擊傾向性的煤礦數(shù)量和范圍可能會(huì)有所增加，對(duì)這種趨勢(shì)應(yīng)引起防沖工作者的注意。同時(shí)，結(jié)合本礦地質(zhì)條件，按規(guī)定及時(shí)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(chǔ)研究、大力培養(yǎng)防沖專業(yè)技術(shù)人才和探索災(zāi)害耦合同防共治機(jī)制等工作，改善和加強(qiáng)陜西省的防沖擊地壓危害工作。