“沖擊地壓防治是煤礦安全的世界性難題。”在國家礦山安全監察局近日組織開展的“礦山安全科技進龍江”活動中，中國工程院院士潘一山聚焦“我國沖擊地壓防治的七個大問題”，作了專題報告。

　　據介紹，目前，我國現有沖擊地壓礦井138處，分布在山東、陜西、內蒙古、甘肅、新疆等13個地區，其中僅東北三省就有25處，占18.1%。

　　“近年來，在國家礦山安全監察局的領導下，通過全行業的共同努力，煤礦沖擊地壓得到基本控制。過去40年，沖擊地壓事故起數、死亡人數、百萬噸死亡率均大幅下降，沖擊地壓事故發生的間隔天數越來越大。”潘一山指出，“盡管如此，當下仍面臨沖擊地壓參與的復合災害、礦震頻發等問題，需要在沖擊地壓煤層智能安全高效開采、法規建設和技術普及等方面發力克難，實現‘零沖擊’。”

　　警惕耦合災害頻發

　　“沖擊地壓是煤礦井下巷道或工作面周圍煤巖體彈性變形能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、巨響以及氣浪等，并造成設備損壞及人員傷亡。”潘一山解釋說，無論煤層薄厚，綜采、炮采，各種地質和開采條件下都可能發生沖擊地壓。

　　“極端條件下沖擊地壓更加嚴重。”他舉例說，比如河南義馬礦區大型逆沖斷層、山東巨厚紅土層、內蒙古鄂爾多斯礦區湖相沉積頂板、新疆烏東急傾斜煤層和千米深井的沖擊地壓，影響更大。

　　潘一山表示，礦井埋深越大，沖擊地壓破壞越嚴重。當前，我國沖擊地壓礦井平均埋深已達738米，沖擊地壓與瓦斯突出、自然發火、冒頂、突水、油氣噴出等災害之間呈現耦合發生或相互誘發的情況。

　　據介紹，我國目前有沖擊地壓瓦斯突出復合災害礦井47處、沖擊地壓冒頂復合災害礦井98處、沖擊地壓突水復合災害礦井41處，兼具沖擊危險、發火危險礦井62處。

　　“沖擊地壓與油氣噴出復合災害同樣需要關注。黃陵、焦坪、旬耀、彬長和永隴等礦區是我國典型的煤油氣共存礦區，也是沖擊地壓較為嚴重區域。”潘一山指出，帶壓的油氣賦存于煤層頂板、底板巖層中，與沖擊地壓的孕育發生相互耦合，從而形成沖擊地壓油氣噴出復合災害。

　　他表示，針對沖擊地壓參與的復合災害，必須進行一體化監測預警和防治。具體而言，要對沖擊地壓、頂板、瓦斯、火、水、油氣的關鍵指標進行同步監測預警，降低復合災害發生的環境應力，增大臨界應力，降低釋放能量，增加吸收能量，實現沖擊地壓參與的復合災害的一體化協同防治。

　　“我們必須認識到，今后發生的沖擊地壓都可能不是單一沖擊地壓災害。如果還當成一種災害去治理，必然會吃虧后悔，導致誤報、漏報、防治無效等。”潘一山直言。

　　對于近年來礦震多發頻發現象，潘一山指出：“必須改變‘只要開采就有礦震’的錯誤觀念，高能量礦震還是有原因的。必須改變‘礦震是斷層發育礦井深部開采才會發生’的傳統觀念，淺部頂板斷裂層間錯動也能誘發礦震。必須改變‘礦震井下沒有可見破壞就可少管’的任性觀念，大能量礦震導致礦井停產、造成地面社會人員恐慌以及可能誘發井下沖擊也必須管控。震和沖的機理不同，要找到有效措施，確保震和沖協同治理。”

　　監測方法有待完善

　　準確監測是防治沖擊地壓的前提。《防治煤礦沖擊地壓細則》第四十六條規定：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，區域監測應當覆蓋礦井采掘區域，局部監測應當覆蓋沖擊地壓危險區，區域監測可采用微震監測法等，局部監測可采用鉆屑法、應力監測法、電磁輻射法等。

　　潘一山指出，目前使用的微震監測法、鉆屑法、應力監測法等都有待進一步完善。

　　今年2月至3月，國家礦山安全監察局兩次組織人員分赴內蒙古、河南、陜西、山東、吉林等地，對部分沖擊地壓礦井微震監測系統使用情況進行調研，發現系統軟件能量計算方法差別大、傳感器頻率監測范圍不足、不同系統監測能量不統一等問題。

　　對此，潘一山建議，微震監測的突破要從三方面著力：一是研發新型微震傳感器，打破國外技術壁壘；二是突破微震能量及震級的算法；三是開展井上井下聯合微震監測，提高垂直定位精度。

　　對于鉆屑法，潘一山指出，目前廣泛使用的手持鉆機作業存在工人作業強度大、鉆機動力不足等問題。隨著鉆孔深度增加，手持式鉆機導屑速度變慢，會造成鉆桿卡鉆。為避免卡鉆，鉆屑孔深度通常達不到設計深度。對此，他建議，可以發展智能多參量液壓履帶鉆車，開展鉆頭破巖效率及鉆屑粒徑分布規律試驗，研發內排式鉆屑法。

　　至于應力監測法，目前存在不同監測點監測數據差距較大、監測存在盲區、監測結果僅能代表監測點的應力狀態等問題。

　　“在沖擊危險性監測方面，應該由‘做了、測了、有數據了’轉變為‘做了還要做對，測了還要測準，有數據了還要是有用的數據’，由‘修修補補、不斷完善’轉變為‘打破原有思維、慣性和路徑，丟掉實踐證明沒有效果的技術，實現顛覆性創新’，由‘對標國外技術’的跟跑思維轉變為‘對標物理極限’的領跑思維。”潘一山總結說。

　　對于沖擊地壓礦井安全性評價問題，潘一山明確提出，應該由危險性評價向安全性評價轉變。潘一山解釋稱，用危險性評價沖擊地壓不容易犯錯，“評價為危險，一旦發生，說明評價準確；如果沒有發生，說明是防沖設計合理、實施措施有效”。而安全性評價主要針對采取技術手段和措施后，對防沖工程進行可靠性評價。如果評價是“安全的”，現場人員就會按照評價放心作業；一旦評價不準，發生沖擊危險，評價者就會被追究責任。

　　他指出，在很多工程中，通常會采用安全系數來評價受載結構體的安全性，如邊坡穩定性安全系數、壩體安全系數、橋梁安全系數等，但在沖擊地壓防治領域，才剛剛關注安全性系數及評價體系。

　　“巷道、工作面等都是礦井的主要受載結構體。針對這些沖擊地壓危險區域采取防治措施后，有必要進行安全性評價，給出安全系數，直觀、定量化表明這些區域的安全情況。”潘一山說。

　　“零沖擊”管理與智能化開采

　　“我國沖擊地壓防治工作從來沒有達到像今天這樣的思想統一度。”潘一山指出，由于沖擊地壓的突發性、破壞性和復雜性，其防治理論觀點、防治措施和方法爭論較大。但隨著《防治煤礦沖擊地壓細則》的修訂及相關文件的出臺，沖擊地壓防治技術不斷規范，防治知識普及，沖擊地壓防治水平達到了新高度。

　　那么，沖擊地壓礦井能否實現“無人員傷亡、無巷道破壞、無設備損壞”的“零沖擊”管理目標？

　　對此，潘一山認為，“零沖擊”既是對沖擊地壓防治標準的高要求，又是沖擊地壓防治“以提高安全性為目標”的新理念。通過巷道支護上的局部吸能裝置，在沖擊過程自適應破壞并吸收能量，使支護整體不被破壞，圍巖吸收能量，“零沖擊”管理目標是可以實現的。

　　他舉例說，通過研究和實踐發現，任何一處沖擊地壓礦井都不能保證不發生圍巖能量釋放，但如果在支護上安裝預設了吸能裝置，在圍巖釋放沖擊能量作用于支護上時，由吸能裝置發生破壞并吸收能量，而整個支護體系沒有失效破壞并保證圍巖整體性，那么該過程使圍巖的塑性區也吸收了能量，進而使遠場釋放的能量被支護和圍巖塑性區吸收，沖擊停止下來，就實現了無人員傷亡。

　　具體到“零沖擊”實現途徑中，可以通過合理開采布局、開采保護層、地面壓裂、爆破斷頂、底板爆破、水力壓裂切頂、控制開采速度等措施，降低環境應力、減少能量釋放。

　　在沖擊地壓礦井實現“零沖擊”案例中，吉林龍家堡礦就是一個典型。該礦采深超過1000米，2019年6月9日發生一起沖擊地壓事故，停產一年多時間開展災后沖擊地壓治理，2020年復產后至今連續實現安全開采。2023年12月4日，該礦發生震級為1.9級的礦震事件，礦井采取綜合防沖措施，巷道采用錨網索+O型棚+液壓支架三級防沖支護，避免了破壞事故。

　　如果沖擊地壓礦井“零沖擊”管理目標能實現，那么，智能安全高效開采能否實現？去年10月22日，“如何實現沖擊地壓煤層智能安全高效開采？”入選中國科協發布的2023十大產業技術問題，這也是煤炭行業唯一入選的問題。

　　對此，潘一山認為，我國沖擊地壓煤層智能安全高效開采應采取“三步走”策略。

　　第一步是智能，即一般煤礦智能化標準體系建設，其總體框架包括通用基礎、支撐技術與平臺、煤礦信息互聯網、智能控制系統及裝備、安全監控及防控裝備、生產保障6類標準。第二步是安全，即沖擊地壓煤層開采全要素分項智能化體系建設，基于沖擊地壓類型、機理，實現危險性評價、監測、防治、支護、防護五大要素智能化。第三步是高效，即沒有智能化就根本無法實現沖擊地壓煤層安全高效開采體系建設。根據沖擊地壓不發生的應力條件、沖擊地壓不發生的能量條件，通過智能化徹底解決沖擊地壓主要兩個安全高效開采問題：全巷道液壓支護、充填開采。

　　“沖擊地壓礦井和行業科技工作者一定要借助智能化發展的東風，不能把智能化當負擔；要破除消極情緒，實現災害礦井在智能時代的彎道超車。”潘一山說。