沖擊礦壓現(xiàn)象及特征
1.1.1 沖擊礦壓現(xiàn)象及特征
沖擊礦壓是壓力超過煤者體的強度極限，聚積在巷道周圍煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故、動力將煤巖拋向巷道，同時發(fā)出強烈聲響，造成煤巖體振動和煤巖體破壞、支架與設備損壞、人員傷亡、部分巷道垮落破壞等。沖擊礦壓還會引發(fā)或可能引發(fā)其他礦井災害，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災以及水災，干擾通風系統(tǒng)等。
對于沖擊礦壓現(xiàn)象，世界各國，以及不同的行業(yè)，其稱謂是不一樣的，常見的有“巖爆”、“煤爆”、“沖擊礦壓”、“礦山沖擊”、“沖擊地壓”等。本節(jié)課采用“沖擊礦壓”這個術語。
通常情況下，沖擊礦壓將直接產生：
①將煤巖動力拋向巷道；
②引起巖體的強烈震動；
③產生強烈聲響；
④造成巖體的破斷和裂縫擴展。
因此，沖擊礦壓具有如下明顯的顯現(xiàn)特征：
①突發(fā)性。沖擊礦壓一般沒有明顯的宏觀前兆而突然發(fā)生，難于事先準確確定發(fā)生的時間、地點和強度。
②瞬時震動性。沖擊礦壓發(fā)生過程急劇而短暫，像爆炸一樣伴有巨大的聲響和強烈的震動，電機車等重型設備被移動，人員被彈起摔倒，震動波及范圍可達幾公里甚至幾十公里．地面有地震感覺，但一般震動持續(xù)時間不超過幾十秒。
③巨大破壞性。沖擊礦壓發(fā)生時，頂板可能有瞬間明顯下沉，但一般并不冒落；有時底板突然開裂鼓起甚至接頂；常常有大量煤塊甚至上百立方米的煤體突然破碎并從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架，從后果來看沖擊礦壓常常造成慘重的人員傷亡和巨大的生產損失。
1．1．2 沖擊礦壓的分類
根據(jù)應力狀態(tài)、顯現(xiàn)強度、發(fā)生的地點和位置的不同，沖擊礦壓有如下幾種分類方法。
根據(jù)原巖(煤)體應力狀態(tài)不同，沖擊礦壓可分為三類(如圖1—2所示)：
(1)重力型沖擊礦壓。主要受重力作用，沒有或只有極小構造應力影響的條件下引起的沖擊礦壓，如棗莊、撫順、開灤等礦區(qū)發(fā)生的沖擊礦壓屬重力型。
(2)構造應力型沖擊礦壓。若構造應力遠遠超過巖層自重應力時，主要受構造應力的作用引起的沖擊礦壓，如北票和天池礦區(qū)發(fā)生的沖擊礦壓屬于構造應力型。
(3)中間型或重力——構造型沖擊礦壓。它是受重力和構造應力的共同作用引起的沖擊礦壓。
根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強度，可分為四類：
(1)彈射。一些單個碎塊從處于高壓應力狀態(tài)下的煤或巖體上射落，并伴有強烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。
(2)礦震。它是煤、巖內部的沖擊礦壓，即深部的煤或巖體發(fā)生破壞。但煤、巖并不向已采空間拋出、只有片幫或塌落現(xiàn)象，但煤或巖體產生明顯震動，伴有巨大聲響，同時產生煤塵。較弱的礦震稱為微震，也稱為“煤炮”。
(3)弱沖擊。煤或巖石向已采空間拋出，但破壞性不是很大，對支架、機器和設備基本上沒有損壞，圍巖產生震動，一般震級在2.2級以下，伴有很大聲響，產生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。
(4)強沖擊。部分煤或巖石急劇破碎，大量向已采空間拋出，出現(xiàn)支架折損、設備移動和圍巖震動。震級在2.3級以上，伴有巨大聲響，形成大量煤塵和產生沖擊波。
另一種分類是根據(jù)震級強度和考慮拋出的煤量，可將沖擊礦壓壓分三級：
(1)輕微沖擊(1級)。拋出煤量在10t以下，震級在1級以下的沖擊礦壓。
(2)中等沖擊(2級)。拋出煤量在l0~50 t，震級在1—2級的沖擊礦壓。
(3)強烈沖擊(3級)。拋出煤量在50t以上，震級在2級以上的沖擊礦壓。
一般面波震級Ms＝1時，礦區(qū)附近居民可能有震感；Ms＝2時。對井上下有不同程度的破壞；Ms＝2.5時，地面建筑物將出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。
根據(jù)發(fā)生的地點和位置沖擊礦壓可分為兩大類。
(1)煤體沖擊。發(fā)生在煤體內，根據(jù)沖擊深度和強度又分為表面、淺部和深部沖擊。
(2)圍巖沖擊，發(fā)生在頂?shù)装鍘r層內，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。
根據(jù)國內外的分類方法，我們認為，沖擊礦壓可以分為由采礦活動引起的采礦型沖擊礦壓和由構造活動引起的構造型沖擊礦壓。而采礦型沖擊礦壓可分為壓力型、沖擊型和沖擊壓力型。壓力型沖擊礦壓是由于巷道周圍煤體中的壓力由亞穩(wěn)態(tài)增加至極限值，其聚集的能量突然釋放。沖擊型沖擊礦壓是由于煤層頂?shù)装搴駧r層突然破斷或位移引發(fā)的，它與震動脈沖地點有關。在某種程度上，構造型沖擊礦壓也可看作為沖擊型。沖擊壓力型沖擊礦壓則介于上述兩者之間，即當煤層受較大壓力時，來自周圍巖體內不大的沖擊脈沖作用下發(fā)生的沖擊礦壓。
1.1.3 國際上對煤巖動力現(xiàn)象的分類
國際經貿委員會歐洲能源協(xié)會煤炭勞動分會基于沖擊礦壓的能量理論、煤與瓦斯突出的能量理論等．對煤礦發(fā)生的煤巖動力現(xiàn)象進行了分類；
(1) 據(jù)能量源對動力現(xiàn)象分類
主要將煤巖動力現(xiàn)象分為四類：即沖擊礦壓、瓦斯突出、煤和瓦斯突出以及與構造有關的動力現(xiàn)象(如圖l—3所示)。
沖擊礦壓是由于聚積在煤巖體中的能量引發(fā)的動力現(xiàn)象。沖擊礦壓一般發(fā)生在處于極限應力狀態(tài)的煤巖體中，其狀態(tài)的變化速度超過應力松弛速度。
瓦斯噴出就是在鉆孔或巷道揭露構造斷層區(qū)域時，從裂縫或孔洞中突然噴出瓦斯而發(fā)生的動力現(xiàn)象。
煤與瓦斯突出是煤巖體和瓦斯的彈性能突然釋放而引發(fā)的動力現(xiàn)象，意思是在壓力作用下，破壞的煤層體隨瓦斯一起噴出。
與巖體結構構造有關的動力現(xiàn)象包括除了上述動力現(xiàn)象外的一切由巖體震動的地震波引發(fā)的動力現(xiàn)象。具體地說，就是在危險區(qū)域，由于附加能量使巖體失去穩(wěn)定而引發(fā)的沖擊礦壓和煤與瓦斯突出。地震波攜帶的能量比巖體本身破壞釋放的能量多。因此，結構構造的震動可能引發(fā)大的災害，而且這種災害是非常強烈的，通常發(fā)生在本礦或相鄰礦井處于多條平行巷道的時候，巷道或煤柱破壞的特征與通常的沖擊礦壓類似，但強度大。
含瓦斯煤層的動力現(xiàn)象通常具有上述幾種類型的混合。區(qū)分哪種類型的動力現(xiàn)象，主要是看動力災害后，是煤炭拋出，還是煤和瓦斯一起噴出。
(2)據(jù)強度對動力現(xiàn)象細分
表1—1介紹了根據(jù)巷道中記錄的參數(shù)、確定的動力現(xiàn)象強度分類。
