唐山煤矿瓦斯冲击灾害后动载预防措施与监测技术

地下突震为何与我们息息相关

在深处，矿工在被巨大地质力挤压的煤岩隧道中作业。有时这些应力会突然释放，将煤与岩石剧烈抛入巷道，形成所谓的煤与瓦斯冲击（coal bump）。这类冲击可瞬间导致巷道坍塌并夺走生命。本研究考察了一座中国煤矿在致命冲击后如何恢复生产：通过有序释放岩体应力并密切监测矿顶位移，提出了有助于提高全球能源开采安全性的经验与教训。

有问题的矿区背景

唐山煤矿位于地质构造复杂的深部地带，岩层受褶皱和断层切割。2019年8月，该矿发生一起重大煤与瓦斯冲击，造成七名矿工遇难。调查发现，灾害由多种叠加因素造成：地壳构造应力高、煤岩能储存并突发释放弹性能、遗留煤柱周围载荷集中，以及采掘机械震动等。在重新开采关键生产区域（称为0250工作面）前，工程师必须证明这些危险条件已被控制。

让煤层“放松”

首要步骤是降低煤层内部积累的应变能。团队采取了两类主要措施：对选定煤体区域实施爆破，刻意在应力最高处开裂削弱煤体；沿巷道两侧钻入大口径孔，形成可控破裂与变形的泄压带。这类“卸压”孔促使岩体逐步破坏，逐步释放能量，而不是让其积聚到突发爆发的程度。经过这轮爆破与钻孔后，0250工作面发生剧烈冲击的剩余风险被评估为低——但前提是随后的掘进过程中矿顶保持稳定。

监听矿顶的移动

下一步挑战是实时监测随着采掘推进覆盖巷道的岩体如何响应。现有方法多通过监测支架载荷或孔内应力等间接指标，这些信号往往将缓慢的背景变化与瞬时冲击混合在一起。本研究引入了一种常用于设备和边坡监测的振动仪器：将振动传感器固定在锚固于主顶板岩体的索具上，并与穿透10米钻孔的多点位移计配套使用。该布置既能记录短时振动事件中矿顶的瞬时速度，也能观测数日内的缓慢下沉量。

数据揭示的安全状况

在几天的生产中，工作面仅推进数米，但仪器记录到逾千条振动记录。滤除噪声后，研究组侧重分析矿顶的垂直运动。典型振动速度为几厘米到约15厘米每秒，每次脉冲仅持续一到两秒——与采煤切割或支护动作等常规作业相符。最大的短时垂直位移约为35厘米，出现在距活跃切割区前方数米处，该区域通常不被视为易发生煤与瓦斯冲击的地带，可能与常规机械作用有关。更重要的是，在距工作面前方7至16米这一高应力区——通常最易发生危险冲击的地带——矿顶的垂直位移维持在约10厘米以内。来自位移计的长期沉降观测仅显示出小幅、渐进的移动，表明分层的顶板岩体保持完整且支护良好。

对地下采掘的前瞻

总体来看，预采卸压与持续、直接的矿顶位移监测相结合，使0250工作面的动载保持在安全范围内。煤体已释放出大部分储能，剩余的振动更像是工作矿井的“有节律呼吸”，而非灾难性的突发喘息。作者指出，所用振动监测工具仍需更长时间的记录与更智能的数据处理，才能更好地用于日常矿山管理。即便如此，先弱化高风险煤区再精确追踪岩体实际运动的策略，为判断深部采矿何时可以在不冒致命突震风险的前提下继续提供了更透明、可量化的方法。

引用: Ma, S., Su, Y., Jia, D. et al. Prevention measures and monitoring technology of dynamic load in Tangshan coal mine after coal bump disaster. Sci Rep 16, 14593 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45527-9

关键词: 煤与瓦斯冲击, 岩爆防治, 矿顶监测, 振动测量, 深部采煤安全