深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究
深井冲击地压发生机理研究及防治技术
通过地应力测试 报告 和现场工程 实践 ， ５ 水 平大埋 一８０ 深造成的高应力 ， 具备 了发 生 冲击地 压 的客 观条件 ， 合 也 综 地质条 件和开采技术条 件分析后认为 ， 协庄矿冲击地压发生 特点为 重力型 冲击 地压 和构造 型 冲击 地压。因此 ， 在孤 岛 煤柱 、 上层采动边界 影响 区以及 向斜轴部 、 断层 等高应力 地 质构造带 、 掘进工作面通过上层遗 留煤 柱或其 它集 中应力 区 冲击危险将会较 为严重 。
制可采用卸压爆破 来进行 。根据 电磁 辐射和钻 屑法 的监 测 结果 ， 对监测指标超过ｌ 临界值 的区域及时采（ 下转 第 ６ ８页）
质构造等 ； 另一 类 为开 采技术 条件 因素 ， 括采煤 方 法 、 包 煤
柱、 采掘顺序和放炮 诱发等 。就其 本质来讲 ， 均是 产生 了局 部的高应力集 中。 冲击地压 的发生要满足能量条件 、 刚度条件和冲击倾 向 性条件 。在采场开挖过程中 ， 煤层 、 底板 、 顶板构成一个平衡
类是矿山地质 因素 ， 括开采深 度、 岩层性质及 特征 和地 包 煤
水、 均匀提 高煤体 含水率 ， 利于降低煤 体的应力集 中程度。 有 注水效果 ： 经测试 ， 煤层 浸水半径 为 ５ ｍ， ～６ 自然 含水率 １９ ％， ． ６ 注水后 含水率 增值 到 ３ ５ ， ．％ 预注水 后 煤层 强度 降 低， 冲击倾 向减弱。 （） ２ 卸压爆破 解危 。卸 压爆 破可 以降低煤 体的 硬度 、 强 度、 释放能量并可 以形成 保护带 ， 因此 对 冲击地 压危险 的控
好的防治效果 ， 实现深井冲击地压煤层安全开采。 关键词
协庄煤矿是一座有 ４ ０余年 开采历史 的矿 井 ， 目前 一８０ ５ 水平采 深已超过 ｌ０ｍ， Ｏ０ 在新水平开采过程中， 冲击 地压灾害
深井巷道防治冲击地压支护的探索与研究
2 防治巷道冲击地压支护Βιβλιοθήκη 案的选择（ 1） 及时支护
岩石巷道施工 要 及 时 喷 射 砼 封 闭，然 后 再 钻 锚 杆 孔、挂网安装并紧固锚索、锚杆、复喷砼。其程序是： 巷 道施工 成 形 → 喷 射 砼 → 钻 锚 索、锚 杆 孔 → 挂 网 安 装 锚 索、锚杆紧固螺母→复喷砼。
高对矿井深部巷道高应力下复合顶板的支护强度。 （ 2） 巷道顶板采用锚索、锚杆、钢筋网、T 型梁联合
头施工时，每棚的棚梁上均使用特殊加工的连锁装置。 （ 2） 施工过程中，对巷道内棚梁弯曲变形的支架
要及时复棚，对棚腿登出的要及时进行整改。 （ 3） 施工过程中，如果顶板严重破碎，要继续采取
注马丽散的方法对顶板进行加固。 （ 4） 严禁空顶作业，必须使用两根符合要求的前
（ 1） 当巷道轴向与最大水平主应力方向平行时， 受水平应力影响最小，对巷道的稳定最为有利。
（ 2） 当巷道轴向与最大水平主应力方向垂直时， 受水平应力影响最大，对巷道的稳定最为不利。
（ 3） 最大水平主应力方向与斜交的巷道，巷道一 侧出现应力集 中 而 另 一 侧 出 现 应 力 释 放，因 而 巷 道 的 变形破坏会偏向某一侧。
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2012 年第 4 期
深井巷道防治冲击地压支护的探索与研究
丁培盛，张风波，杨志永
( 淄博矿业集团有限责任公司埠村煤矿，山东 章丘 250215)
摘 要 深井地质条件复杂的地层，如褶曲、断层、裂隙、陷落柱等区域，以及塑性流变岩体、膨胀性岩体、碎胀性岩体等具有明显偏压的岩层， 也是冲击地压易发带。应根据围岩变形特征，采用“刚柔相济、及时封闭、缓冲让压、强化围岩”的基本原则。通过采用“锚、网、梁、索”综合支 护新工艺，采用“让力、卸压、转移”的方案，提高对矿井深部巷道高应力下复合顶板的支护强度，防治深部矿井冲击地压。 关键词 冲击地压 防治 顶板 支护 中图分类号 TD324 + ． 2 文献标识码 A
深部开采冲击地压防治技术与实践
随 着 我 国煤 矿 开采 深 度 的增 加 ． 以及 开 采 条 件 越 来 越 复 杂 ．
２ 工 作 面 冲 击 地 压 危 险 性预 测 、
我 国采 矿 工 作 面 临 的 冲 击 地 压 带 来 的 威 胁 越 来 越 大 ．必 须 及 早
引 起 重 视 冲击 地压 会 造 成 煤 岩 体 振 动 和 煤 岩 体 破 坏 ． 架 与 设 支 备损 坏 ， 员伤亡 ， 分巷道破 坏等 ， 人 部 冲击 地 压 还 会 引 发 或 可 能 引 发 其 他 灾 害 ， 其 是 瓦斯 、 尘 爆 炸 、 灾 以及 水 灾 ， 扰 通 风 尤 煤 火 干 系 统 ． 重 时 造 成 地 面 震 动 和建 筑 物 破 坏 等 。 近 年 来 ． 内外 许 严 国 多 学 者 和 煤 矿 技 术 人 员 从 冲 击 地 压 的 发 生 机 理 、危 险 性 预 测 等 方 面 进 行 了卓 有 成 效 的 研 究 ．并 提 出 了 许 多 行 之有 效 的 冲 击 地 压 预 防措 施 。然 而 不 同 的 地 质 条 件 、 采 条 件 ， 开 预测 预 防 措 施 也 大 有 不 同 因此 应该 根据 具 体 的地 质 条 件 和 开 采 条 件 ． 讨 冲击 探 地 压 的 预 测 手 段 和 预 防措 施
钻 屑 监 测 地 点 位 置 ：在 工 作 面 ３号 ，３ 。３号 ，３号 ，３ １号 ２ ３ ４ 号 ，３号 ，３号 ，３号 ，６号 液 压 支 架 处 设 监 测 点 ，钻 孔 ４ ５ ６ ７ ７ ２ ５ ｍ 孔 ｍ， ｍ。 ．ｍ 单 钻 根 据 首 采 面 地 质 条 件 。可 以 确 定 地 质 因素 影 响 下 的 冲击 地 ４ ｍ ， 深 ７ 间 距 ６ 孔 距 离 底 板 １ ２ 左 右 ， 排 布 置 ， 监 所 压 危 险 指 数 。地 质 因素 确 定 的 冲 击 地 压 危 险 状 态 等 级 评 定 的 综 孔 方 向 为 水 平垂 直 巷 帮 ． 测 位 置 如 图 １ 示 。 合 指 数 见 表 ２ 。 表 ２ 地 质 条 件 影 响 冲 击 地 压 危 险状 态的 因素 及 指 数
冲击地压防治细则
防治煤矿冲击地压细则第一章总则第一条为了加强煤矿冲击地压防治工作,有效预防冲击地压事故,保障煤矿职工安全,根据《中华人民共与国安全生产法》《中华人民共与国矿山安全法》《国务院关于预防煤矿生产安全事故得特别规定》《煤矿安全规程》等法律、法规、规章与规范性文件得规定,制定《防治煤矿冲击地压细则》(以下简称《细则》)。
第二条煤矿企业(煤矿)与相关单位得冲击地压防治工作,适用本细则。
第三条煤矿企业(煤矿)得主要负责人(法定代表人、实际控制人)就是冲击地压防治得第一责任人,对防治工作全面负责;其她负责人对分管范围内冲击地压防治工作负责;煤矿企业(煤矿)总工程师就是冲击地压防治得技术负责人,对防治技术工作负责、第四条冲击地压防治费用必须列入煤矿企业(煤矿)年度安全费用计划,满足冲击地压防治工作需要、第五条冲击地压矿井必须编制冲击地压事故应急预案,且每年至少组织一次应急预案演练。
第六条冲击地压矿井必须建立冲击地压防治安全技术管理制度、防治岗位安全责任制度、防治培训制度、事故报告制度等工作规范。
第七条鼓励煤矿企业(煤矿)与科研单位开展冲击地压防治研究与科技攻关,研发、推广使用新技术、新工艺、新材料、新装备,提高冲击地压防治水平。
第二章一般规定第八条冲击地压就是指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能得瞬时释放而产生得突然、剧烈破坏得动力现象,常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。
冲击地压可按照煤(岩)体弹性能释放得主体、载荷类型等进行分类,对不同得冲击地压类型采取针对性得防治措施,实现分类防治。
第九条在矿井井田范围内发生过冲击地压现象得煤层,或者经鉴定煤层(或者其顶底板岩层)具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性得煤层为冲击地压煤层。
有冲击地压煤层得矿井为冲击地压矿井、第十条有下列情况之一得,应当进行煤层(岩层)冲击倾向性鉴定:(一)有强烈震动、瞬间底(帮)鼓、煤岩弹射等动力现象得。
(二)埋深超过400米得煤层,且煤层上方1０0米范围内存在单层厚度超过10米、单轴抗压强度大于6０ＭPa得坚硬岩层。
冲击地压发生理论和防范治理的研究
文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ）源自０ ５— ０ ０ １ ３一 Ｏ １
冲击地 压发 生条 件的 理论 冲击 地 压 是 一 种 突 然 和猛 烈 的 矿 山动 力 灾 害 现 象， 伴随有强烈震动， 并将高应力区的煤岩体 瞬间抛出 并会 造成 巨大 的 经 济损 失 。冲 击 地 压 有 突 发 性 、 瞬 时 震 动性 、 复杂性 、 巨大破 坏性 的特 征 。 自冲击 地 压发 生 以来 ， 这种灾害一直作为困扰学术界和工程界的难题之 这需 要研究人员不 断的深入研究 和关注 。国内外 学 者通过对煤、 岩体冲击地压和岩爆机理的研究¨ Ｊ ， 提 出了强度理论、 能量理论和冲击倾向理论等。 （ 一） 强度 理 论 人们 认识 材料 破坏 的 一般 规 律是 超 过 材料 的极 限 强度时 ， 受载 的材料会发生破坏。但是 冲击地压机理 是不能够通过人 们认识 的材料破坏 的一 般规律来解 释 。人 们依 据 强度 理 论 做 了许 多 的研 究 ， 这 些研 究 工 作主要是关于围岩应力集 中和它 的强度性质的。上世 纪５ ０年 代该 理 论 就 运 用 于 矿 体 。具 有 代 表性 的 是 夹 持煤体理论 ， 即煤体会被较坚硬的顶底板夹住 ， 这样深 部 煤体 自身 或者是 煤体 和 围岩 交 界 处不 能 得 到卸 载 进 而影响其变形 。这种现象意 味着 ， 煤体 沿层 面的卸载 移动被侧 向力阻碍 ， 煤体被压实会 和承受更大 的压力 ， 这样 弹性势 能会 大量 的积 聚 。通 过 运用 极 限 平衡 和 弹 性能释放的理论分析可以得知， 这种 夹持作用对煤体 起到闭锁的效应。因此 ， 在这些地方 的煤体表现为 ： 煤 体受到的压力很大而且 弹性 势能大量 的积聚， 高压带 和弹性 能积 聚 区可能 分 布在 煤壁 的附 近 。如 果应 力 突 然增加 或者 是 系统阻 力减小 就会 形成 冲击 地压 。 （ 二） 能量理 论 能量理 论是 由库 克 于 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 在 总结 十 几 年 冲击 地压 事故 和前 人经 验研 究 成 果 的基 础 上产 生 出 的 。在矿体 与 围岩系 统 的力学 平 衡 状态 破 坏 后所 释 放 的能量 大 于消耗 能量 时 即发 生 冲击 地 压 。该 理论 说 明 了煤层 与顶 底板 围岩 的破坏 的转换 关 系 。 （ 三） 冲击倾 向理 论 冲击倾向性是指煤岩体产生 冲击破坏 的能力 ， 其 是 发生 冲击 地压 的必要 条件 ， 是有 波兰 和苏联 学 者提
关于煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究
严格的监管。并且，对煤柱展开实时的监测。针对钻孔应力 观测技术而言，在具体的运用过程中，能够将煤矿采掘的整 个过程清晰地显示出来，也可以对现场存在的危险区域进行 精准地分析，明确存在的各类危险因素，尤其是对卸压等危 险措施，能够具有较为良好的成效。
[3] 张绍忠，张振国，刘长水.开滦煤炭深部开采冲击地压发生 规律与监测技术研究[J].河北煤炭,2019, 000 (002): 12-15.
[4] 潘俊锋，齐庆新，刘少虹，等.我国煤炭深部开釆冲击地压特 征、类型及分源防控技术[J].煤炭学报,2020, 45 (01): 111-121.
【作者简介】
通常情况下，采掘扰动后，围岩聚集能量的特征主要可 以体现在两个方面。一方面，因为矿山具有较大的压力，并 且压力会重新地进行分布，围岩内会聚集非常多的能量，然
后随着不断的改变而进行逐步地释放，为围岩造成了不同程 度的冲击影响，最后使得围岩遭到了严重的干扰和破坏。另 一方面，对围岩聚集弹性造成了较大的损坏，并逐步地释放 出驱动力，致使围岩的深部出现了速变的情况，当达到一定 程度之后，会被高应力所干扰和阻碍。一般而言，由于受到 深度的干扰，致使区域应力集中会出现增大的现象。通过深 层次的研究可以明确，支撑压力峰会随着岩深度而出现不同 程度的阻碍，同时峰值也会在很大程度上得到提高。
【参考文献】
[1] 谭云亮，郭伟耀,辛恒奇，赵同彬,于凤海，刘学生.煤矿深部 开采冲击地压监测解危关键技术研究[J].煤炭学报,2019, 44 (01): 160-172.
[2] 李明钦.关于煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研 究[J].中国石油和化工标准与质量, 2020, 40(09): 192-193.
冲击地压事故的预防和处理
冲击地压事故的预防和处理井下煤巷掘进工作面受埋深、地质构造、煤层及顶底板物理性质影响，处于较高的静载应力水平，随着掘进、顶板运动等多因素叠加影响，易发生冲击地压显现现象，造成巷道底鼓、炸帮、顶板下沉、锚杆、锚索拉断等情况，严重时可造成设备损坏，威胁职工生命财产安全。
第一节冲击地压事故的隐患分析一、埋深大，应力集中现象明显当前工作面顺槽掘进期间，煤层虽然具有矿压显现，但由于煤体应力不大，未能达到临界破坏条件，因而不会出现动力灾害事故。
随着掘进深度的加大，煤岩体中聚积的弹性能也因此增加，矿压显现程度将不断升高。
整体来看，xx井田范围内煤层埋深呈西部大，东部小的趋势。
井田大部分区域埋深均远超xx矿区冲击地压临界深度。
尤其xx背斜轴部西侧及井田东南部区域，煤层埋深接近1000m。
xx煤矿受大埋深影响，冲击地压危险性会明显增强。
二、煤层厚度变化造成应力集中程度高井田范围内2煤、5煤及8煤层厚度变化较小，规律稳定，但也出现了煤层局部缺失，出现无煤区，无煤区边缘区域属于煤层厚度变化带，势必存在应力局部集中，冲击地压危险性会明显增强。
其次，在煤层等厚线图中，曲线密集位置煤层厚度变化较大，也容易形成高应力集中区。
在采掘过程中应加强高应力集中区域的地质预测预报，以提高冲击危险性评价的准确性。
三、煤层顶板坚硬层岩层对冲击地压的影响在xx背斜轴部副井及井田西南部，2煤层顶板近距离出现厚度超过36m的半坚硬型岩层，尽管该类砂岩强度不高，但由于厚度较大，容易积聚较大能量而引起冲击地压的发生。
井田内其他大部分区域，在煤层上方50m范围，出现多层较薄的砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩，强度不高，未出现厚硬顶板。
总体来讲，再出现较厚半坚硬型顶板区域，顶板因素会造成冲击地压危险性明显增强。
四、地质构造对冲击地压的影响根据xx井田煤炭勘探报告，井田主要受xx背斜和里河向斜控制，两条构造走向大致相同，两翼倾角较小。
其余6个褶曲均为长度1km左右的宽缓构造。
《防治煤矿冲击地压细则》 煤安监技装﹝ ﹞
国家煤矿安监局关于印发《防治煤矿冲击地压细则》的通知煤安监技装﹝2018﹞8号各产煤省、自治区、直辖市及新疆生产建设兵团煤矿安全监管部门、煤炭行业管理部门，各省级煤矿安全监察局，司法部直属煤矿管理局，有关中央企业：《防治煤矿冲击地压细则》已经2018年4月16日国家煤矿安监局第14次局长办公会议审议通过，现予印发，自2018年8月1日起施行，请认真贯彻落实。
原煤炭工业部发布的《冲击地压煤层安全开采暂行规定》（(87)煤生字第337号）和《冲击地压预测和防治试行规范》(1987)同时废止。
国家煤矿安全监察局2018年5月2日防治煤矿冲击地压细则第一章总则第一条为了加强煤矿冲击地压防治工作，有效预防冲击地压事故，保障煤矿职工安全，根据《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国矿山安全法》《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》《煤矿安全规程》等法律、法规、规章和规范性文件的规定，制定《防治煤矿冲击地压细则》（以下简称《细则》）。
第二条煤矿企业（煤矿）和相关单位的冲击地压防治工作，适用本细则。
第三条煤矿企业(煤矿)的主要负责人（法定代表人、实际控制人）是冲击地压防治的第一责任人，对防治工作全面负责；其他负责人对分管范围内冲击地压防治工作负责；煤矿企业(煤矿)总工程师是冲击地压防治的技术负责人，对防治技术工作负责。
第四条冲击地压防治费用必须列入煤矿企业（煤矿）年度安全费用计划，满足冲击地压防治工作需要。
第五条冲击地压矿井必须编制冲击地压事故应急预案，且每年至少组织一次应急预案演练。
第六条冲击地压矿井必须建立冲击地压防治安全技术管理制度、防治岗位安全责任制度、防治培训制度、事故报告制度等工作规范。
第七条鼓励煤矿企业(煤矿)和科研单位开展冲击地压防治研究与科技攻关，研发、推广使用新技术、新工艺、新材料、新装备，提高冲击地压防治水平。
第二章一般规定第八条冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤（岩）体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤（岩）体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。
浅谈深部综放工作面冲击地压防治技术
浅谈深部综放工作面冲击地压防治技术摘要:通过对北徐楼煤矿发生冲击地压现象的现状、特点及影响因数分析,结合矿生产实际,实施了诸多有效的综合防治措施,降低了煤层冲击强度,从而建立了一套适合北徐楼煤矿安全生产的冲击地压防治体系。
关键词:冲击地压解危措施安全开采北徐楼煤矿西风井区域3下煤位于山西组下面,下距山西组底界面,平均4.58m;上距侏罗系底部砾岩平均19.95m。
工作面揭露煤层6.4～8.6m,平均厚7.4m,煤层倾角11～20°。
3下煤层为黑色、弱玻璃光泽、性脆,具有明显的层理状,条带状结构,层状构造。
煤岩类型为半亮型,视密度为1.37t/m3,煤层连续性较好,为低灰分、低中硫煤,是优质动力用煤。
1、北徐楼煤矿3下01首采工作面概况3下01工作面为直线切割布置,俯倾斜长壁采煤法,采用综采放顶煤工艺一次采全高。
巷道沿煤层底板掘进,工作面北部轨道顺槽沿井田边界隔离煤柱掘进,与朝阳煤矿采空区最近距离为80米。
工作面长786m,面宽84m,煤层埋深775～935m。
工作面煤层厚度平均厚7.4m,属结构简单稳定煤层,煤层倾角平均12。
2、冲击地压危险程度分析及危险区域划分2.1 冲击地压危险程度分析根据中国矿业大学岩层控制实验室对北徐楼煤矿3下煤层顶、底板岩层的冲击倾向性鉴定结果为3下煤层顶板为2类弱冲击倾向性顶板,底板为2类弱冲击倾向性底板;3下煤层属于强冲击倾向性煤层。
2.2 矿山压力显现情况北徐楼煤矿在掘进煤巷过程中煤炮发生频繁,多次出现片帮、冒顶、煤体突出及卡钻、吸钻等动力现象,矿压显现较明显。
2010年5月13日晚22:50分,在3下01轨道顺槽补切门口绞车硐室起底放炮后,紧接着在补切位置往外80米区域发生了由矿震引发的一次冲击,造成锚索断开和锁具退索共计42根,20根锚杆断开,波及范围大约280米,造成大约有10米距离顶板下沉最大量为10-80公分,大约20米底板鼓起10-40公分,局部地段两帮变形10-60公分,开关歪倒,电缆落地,皮带落架,当时处于躲炮时间,没有人员受伤。
矿井深部开采冲击地压研究与防治
矿井深部开采冲击地压研究与防治
李百 宜 王盛川 齐文跃 （ 中国矿业大学 孙越 崎学院 。 江苏 徐 州 ２ ２ １ １ １ ６ ）
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ４— ２ ６
增加而不断增高 ； ｄ ） 冲击地压的震 级在构造带周 围往 往不会太高 ， 但是其影响范围和破坏 能力却往往超出 人们 的 预计 。 （ ２ ） 冲击地 压 的破 坏形 式 。ａ ） 煤 出 现完 全 的位 移 ： 这种形式会使得顶板 出现擦 痕， 并且会减小巷道 的规 模； ｂ ） 煤的抛射 ： 煤块被抛 出， 使得煤尘被扬起等 ； Ｃ ） 震动： 这种情况会使得棚子发生倒塌 ， 设备器材发生位 移 。并且会 有 飓 风 跟 随 着 出现 ： 如 果 冲击 地 压 强 度 比 较大时其 出现的冲击波很 强 ， 可造成 人员伤 亡 ； ｄ ） 底 鼓： 底 煤 因为发 生鼓 起 而造成 伤人 的 现象 。 ４ 、 煤 矿冲 击地 压预 测技 术 （ １ ） 电磁辐 射 监 测 仪 探 测 法 。人 们 通 过 煤 岩 流变 的规 律对 电 磁 辐 射 的 规 律 以 及 其 特 性 造 成 一 定 的干 扰， 这 种方 法 是 一 种 通 过 监 测 煤 岩 流 变 的破 坏 程 序 及 在不 接触 的情况 下判 断煤 与 瓦斯 突 出 以及 出现 冲击 地 压等煤矿中经常出现的对 人们生命财产造成威胁事件 可能性 的技术方法 。当人 们在煤 矿 中掘进 或 回采 以 后， 工作面煤体的应力平衡就会 消失 ， 导致煤壁里面煤 体 的变 形 或裂变 ， 从 而可 以过 渡 到新 的 应力 平 衡 状 态 ； 煤 体 中 的瓦斯 也 会 在 这 时 出现 动 态 不 稳 定 ， 从 而 会 因 为瓦斯压力梯度的作用而顺着煤体 中的裂隙向煤层 以 外扩散 ， 电磁辐射均会伴随着这两种过程 出现。 （ ２ ） 煤岩变形监测法。随着开采活动的进行 ， 围岩 难 免会 出现 位移 和 形 变 ， 这 种 变 化 表 现 在 采 面 的 话 就 是顶 底 板会 向近 处 移 动 ， 表 现 在 巷 道 的话 就 是 出 现 围 岩的形变。煤体质地越软 ， 硬度越小 ， 越容易产生巷道 形变 ， 也 越不容 易 产生 冲击 破 坏 ； 如 果 巷 道没 有 足 够 大 的形变的话 ， 那就表明煤体具有较大的刚度 ， 这种情况 下就 很容 易 出现 冲击破 坏 。 （ ３ ） 煤粉钻孔法 。这种方法 是通过在煤体 中钻小 直径钻孔 ， 然后再将不 同深度的钻孔使煤层排 出的煤 粉量 和标 准值 进 行 对 比， 如 果 排 出的 煤 粉 量 大 于 极 限 煤粉量的话 ， 工作面出现冲击危险的可能性就大大增 加 。但研究 表 明 ， 如 果 是 危 险 煤 粉 量 的位 置 比 ３倍 采 高的还要大， 那么就不会 出现冲击地压 。 ５ 、 煤 矿冲 击地压 的 防治 措施
冲击地压的提出和研究意义
冲击地压的研究意义目前我国的能源结构仍以煤为主，随着煤炭工业现代化开采速度的提高，开采的深度迅速加大，冲击地压也变得日趋严重，特别是深部复杂部厚煤层开采[1]的冲击地压安全防治已显得极为迫切。
煤矿冲击地压又称煤爆，它是一种发生在井巷或者回采工作面围岩(煤)体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。
常伴有巨大响声、煤体振动和冲击波。
它往往造成采掘空间中支护设备的破坏及采掘空间的变形，严重造成人员伤亡和井巷的破坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震[2]。
冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一。
灾害是以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩变形能，煤岩被抛出，造成支架损坏，巷道堵塞，并产生巨大的响声和岩体震动，震动时间从几秒到几十秒，冲出的煤岩从几吨到几百吨，记录到的矿山最大震级已超过里氏5级。
由于冲击地压发生的原因极为复杂、影响因素颇多、灾害严重而成为岩石力学研究中的一个重大问题[3-6]。
冲击地压是世界范围内煤矿中最严重的自然灾害之一。
我国大多数矿山的煤层与岩层都具有不同程度的冲击倾向性，在一定的临界深度下煤岩冲击极为严重，特别是随着我国煤矿开采深度以每年约25m的深度不断增加，冲击地压越来越严重，己成为制约我国矿山生产和安全的主要重大灾害性事故之一。
尽管国内外学者在冲击地压发生机理和监测手段的研究方面取得了重要进展，但还远没有从根本上解决其有效预测和防治问题。
我国最早记录的冲击地压于1933年发生在抚顺胜利矿，随后，在北京矿务局的门头沟、房山、城子、大沟峪、大台、木城涧等6个矿井，开滦矿务局的唐山矿等2个矿井，抚顺的龙凤、老虎台矿，南桐的矸石台、南桐矿，枣庄的陶庄、八一、柴里等矿井，大同忻州窑、煤峪口、永定庄等矿井，沈阳中心台矿，北票台吉矿，阜新高德、五龙矿，通化铁厂矿，舒兰营城矿，鹤岗南山矿，鸡西滴道矿，天池、五一，擂鼓、花鼓山、冰沟等地方煤矿都发生了严重的冲击地压。
至2008年，发生冲击地压的矿井己达100对以上。
深部地堑构造区掘巷防治冲击地压技术研究
堑附近发生冲击地压 的几率远大于其他 断层 。 （ 地堑构造冲击地压可 以连续 不断地 发生 ， ３ ） 它是 个振荡过程 ， 具有 间歇性 。同一采 区同一断层 ， 只要
一
发生一次冲击 地压， 就有再 次发生 冲击地压的危险。 （ ２０ Ｗ 运输巷受两大 断层 的挟制 ， 断层 构造 ４ ２５ ） 受 残余应力影响 ， 会造成局部应力集 中 ， 成潜 在的冲击 构
地堑构造 监测预报 冲击地压
Ｂ
麓， 使赶险 区域达到安全 区域 ， 了掘巷安全 ， 确保 提高了巷遭掘进速度。
关 词
中国 分 类 号 Ｔ ３４’ ２ Ｄ ２ ．３ 文献 标 识 码
协庄煤 矿 一８０ ５ ｍ水平 地质条 件复杂 ， 断层发 育 ， ２０ Ｗ 运输巷 受地堑构造 断层 的影响 ， ２５ 巷道施工 中表
￥收 稿 日期 ：０９— ６—０ ２０ ０ １
（） １ 电磁辐 射法监 测。迎头 布置 三个 测点 ， 分别 位于迎头正中 ， 迎头左侧 、 头右侧 ， 头后 ６ ｍ范 围 迎 迎 ０ 内共 ９组 ｌ 个测点 。 ９
（） ２ 顶板动态监测法测点 布置 ： ①深 部位移 ： 采用 顶板离层指示仪 ， ５ 每 ｍ设置一 台。②表 面位移 ： 采用 十字布点法 ， ５ 每 ｍ设 置一组点 。 （ ） 屑 法监 测 ： 头往 外 依 次 每 隔 ５ 、Ｏ 、 ３钻 迎 ｍ ｌｒ ｅ
１ ｍ、０ ３ ｍ各布置一个钻孔 。 ５ ２ ｍ、０ ３ ２ 监 测方 案实施 ．
作者简介： 赵延峰 （９ １ ， １７ 一） 大专学 历 ， 在协庄煤矿生 产技 术部从 事现场生产管理和技术管理多年。
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深部工作面构造区域冲击地压缺陷技术研究
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主的 冲击地 压 防 治方案 ， 为安全 开采提 供 了帮助 。 关键 词 ： 深部 构造 冲击地 压 缺 陷技术 中 图分 类 号 ： Ｄ３ ３ Ｔ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 赵 各 庄 煤 矿 ３ｌ ３７工 作 面 ， 均 埋 深 平 文章 编 号 ： ７ —３ ９ （ ０ ２ ０ （） ０ ５ ２ １ ２ ７ １ ２ １ ）４ ａ一０ ３ —０ ６ １． 构造 冲击地 压成 因分析 ２ １ ２． ． １顶 板 岩 层 破 坏 （ ） 学 模 型 。 道 顶 板 岩 层受 自重 和 １力 巷 水 平 轴 向 力 Ｎ作 用 。 板 岩 层 稳 定 性 问 题 顶 为岩 层 自重ｑ及轴 力 Ｎ共 同作 用 复 合 弯 曲
图１ 示。 所
面 附 近 的 应 力 再 分 布 ， 别 是 当 工 作 面 特 接 近 断 裂 破 坏 带 时 ， 前 煤 壁 顶 板 岩 层 超
成 高应 力 区 ， 图２。 此 在 断 层 区 域 留 有 见 因
１ 构造 区域 冲击地压成 因分 析
3.煤安监技装﹝2018﹞8号 《防治煤矿冲击地压细则》(2018年8月1日实施)
防治煤矿冲击地压细则第一章总则第一条为了加强煤矿冲击地压防治工作，有效预防冲击地压事故，保障煤矿职工安全，根据《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国矿山安全法》《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》《煤矿安全规程》等法律、法规、规章和规范性文件的规定，制定《防治煤矿冲击地压细则》（以下简称《细则》）。
第二条煤矿企业（煤矿）和相关单位的冲击地压防治工作，适用本细则。
第三条煤矿企业(煤矿)的主要负责人（法定代表人、实际控制人）是冲击地压防治的第一责任人，对防治工作全面负责；其他负责人对分管范围内冲击地压防治工作负责；煤矿企业(煤矿)总工程师是冲击地压防治的技术负责人，对防治技术工作负责。
第四条冲击地压防治费用必须列入煤矿企业（煤矿）年度安全费用计划，满足冲击地压防治工作需要。
第五条冲击地压矿井必须编制冲击地压事故应急预案，且每年至少组织一次应急预案演练。
第六条冲击地压矿井必须建立冲击地压防治安全技术管理制度、防治岗位安全责任制度、防治培训制度、事故报告制度等工作规范。
第七条鼓励煤矿企业(煤矿)和科研单位开展冲击地压防治研究与科技攻关，研发、推广使用新技术、新工艺、新材料、新装备，提高冲击地压防治水平。
第二章一般规定第八条冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤（岩）体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤（岩）体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。
冲击地压可按照煤（岩）体弹性能释放的主体、载荷类型等进行分类，对不同的冲击地压类型采取针对性的防治措施，实现分类防治。
第九条在矿井井田范围内发生过冲击地压现象的煤层，或者经鉴定煤层(或者其顶底板岩层)具有冲击倾向性且评价具有冲击危险性的煤层为冲击地压煤层。
有冲击地压煤层的矿井为冲击地压矿井。
第十条有下列情况之一的，应当进行煤层（岩层）冲击倾向性鉴定：（一）有强烈震动、瞬间底(帮)鼓、煤岩弹射等动力现象的。
（二）埋深超过400米的煤层，且煤层上方100米范围内存在单层厚度超过10米、单轴抗压强度大于60MPa的坚硬岩层。
深井煤矿冲击地压及防治措施机理研究
深井煤矿冲击地压及防治措施机理研究1. 引言1.1 研究背景深井煤矿是指煤矿井筒深度大于300米的煤矿，由于深井煤矿的开采深度较大，地下岩层承载能力减小，地应力分布复杂，井下岩层破裂状况复杂，因此深井煤矿冲击地压问题日益突出。
深井煤矿冲击地压会导致煤与岩石的不稳定移动，甚至引发井下坍塌事故，严重危害矿工的生命安全和生产正常运行。
深井煤矿冲击地压问题已成为制约我国煤矿安全生产的重要因素之一。
研究深井煤矿冲击地压及其防治措施的机理，对于提高煤矿安全生产水平，保障矿工生命安全具有重要的理论和实践意义。
深入探讨深井煤矿冲击地压的成因、防治措施以及机理，对于指导煤矿生产实践，提高煤矿生产效率和安全性具有重要意义。
1.2 研究意义深井煤矿冲击地压及防治措施机理研究引言深井煤矿是我国煤炭资源开采的重要组成部分，但在深井煤矿开采过程中，冲击地压问题成为制约矿井安全生产的主要难题之一。
深井煤矿冲击地压的发生不仅会导致矿井工作面顶板的剧烈变形和破坏，还会引发一系列严重的安全事故，给矿山生产和工人生命造成极大威胁。
深入研究深井煤矿冲击地压及其防治措施的机理具有重要的理论和实践意义。
只有准确把握冲击地压的成因和演化规律，才能有效制定相应的防治措施，提高矿山的安全生产水平，保障矿工的生命财产安全。
本研究旨在深入探讨深井煤矿冲击地压及防治措施的机理，为矿山安全生产提供科学依据和技术支撑。
2. 正文2.1 深井煤矿冲击地压的成因1. 矿层结构影响：深井煤矿矿层结构复杂，存在多个断层和构造变形，这些结构对地压的分布和传递起到重要作用。
断层和构造变形会导致煤层变薄或者堆积不均匀，从而增加地压的不稳定性。
2. 煤层厚度影响：煤层厚度对地压的大小和分布有直接影响。
一般来说，煤层越厚，地压越大，因为煤岩在受力时会发生挤压和收缩，如果煤层厚度不均匀，地压也会不均匀分布。
3. 煤岩性质影响：煤岩的物理力学性质会影响地压的大小和分布。
煤岩的硬度、韧性和应力-应变特性都会对地压产生影响，不同性质的煤岩在受力时会表现出不同的变形和破坏特点。
深部矿井开采冲击地压研究
深部矿井开采冲击地压研究一、前言随着吕家坨煤矿开采深度的增加，以及开采条件越来越复杂，该矿工作面面临的冲击地压带来的威胁越来越大，必须及早引起重视。
冲击地压会造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道破坏等，冲击地压还会引发或可能引发其他灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。
近年来，国内外许多学者和煤矿技术人员从冲击地压的发生机理、危险性预测等方面进行了卓有成效的研究，并提出了许多行之有效的冲击地压预防措施。
本文结合现场的实际情况，提出了吕家坨矿冲击矿压的防治措施，扭转了该矿冲击地压不可防、不可控的被动管理局面，有效地保护了职工的生命安全，最大限度降低了财产损失，有力地保障了矿井的安全生产。
二、概况吕家坨矿井设计生产能力300万t/a，主采7、8、9、12号煤层。
采掘工作面主要布置在大巷东西两翼，其中四采外5476Yd工作面埋深约-800m，为该矿井埋深5水平的回采工作面，工作面全长约1000m，倾向约170m，两侧均为双巷布置。
该工作面回采巷道掘进期间，“煤炮”频繁发生，响声巨大、煤尘飞扬，多次造成巷道迎头及已支护段出现大面积顶板瞬间下沉或切顶，下沉量可达300-700mm，厚度达2000mm的支护体整体冒落，顶板锚索频繁破断，局部显著底臌，严重时期甚至导致皮带架、掘进机发生显著位移。
由于巷道动力显现强烈，导致已掘巷道围岩破坏严重，无法继续正常作业，迫使将精力集中于巷道的扩修、维护，部分区段反复扩修2-3次仍无法抵抗“煤炮”的冲击作用而再次破坏，繁重的扩修工程严重制约了矿井的采掘接替。
鉴于该矿冲击矿压的高危险性，研究其发生规律与治理方法，是一个非常重要的课题。
三、冲击矿压发生的地质影响因素1、开采深度研究表明，从500m开始，随着开采深度的增加，冲击地压的危险性急剧增长。
而吕家坨矿四采外5476Yd工作面开采深度达-800m，掘进巷道期间就多次发生“煤炮”、顶板急剧下沉等典型动力现象。
煤矿冲击地压防治技术研究与应用研究
62能源技术0 前言 煤矿冲击地压是指在开采过程中大量弹性能的煤或岩体的积聚而瞬间产生的巨大能量，产生破坏，与其他开采过程中出现的灾害相比，冲击地压具有更大的破坏性和危险性，并且为没有明显的灾害预兆，具有突发性和偶然性。
对冲击地压产生的原因分析就显得尤为重要，提出有效的预防措施也同样变得极具现实意义。
1 煤矿冲击地压产生的因素分析 （1）地质因素。
发生过冲击地压的媒岩层，结构主要存在硬顶-硬煤-硬顶和硬顶-薄软层-煤层这两种结构，这两种结构的构造为潜在条件，断层、褶曲、煤层倾角的变化都存在开采后的冲击危险性。
地质构造复杂的区域一般都是由于周围存在强大的应力场，在应力场的作用下形成构造曼力，造成冲击地压事故。
对于效应力集中的区域，进行开采时同时受到多个面的集中效应力，也是极易产生冲击地压的区域。
产生冲击地压的地质因素有三个方面，煤层或者围岩存在冲击倾向、附近有大量的能量积聚和存在一定的能量释放空间。
（2）技术因素。
开采技术对冲击地压的影响也是至关重要的。
开采导致煤岩体应力的迅速增加，在某个范围内集中，容易引发事故。
综合式开采技术的使用，对开采时应力的影响是最大的。
其危险性也比单一煤层开采和分层煤炭开采的方式大得多。
开采方向与最大地应力方向没有平行，使二者垂直或者产生了较大的倾角。
对于不同的地质条件选用不同的开采方式是必然的选择，方法使用不当同样是诱发冲击地压的原因。
对于开采顺序而言，不同方式的开采顺序也是不一样的，如果开采顺不合理，也是会诱发冲击地压事故的发生。
（3）管理因素。
煤矿冲击倾向预测技术 科学有效的管理组织是避免冲击地压事故发生的重要举措，同样。
如果组织管理松散落后，也非常容易导致冲击地压的发生。
开采顺序和工作面布置不合理，存在煤柱依旧开采，没有有效的避开应力集中区域。
经查证后发现，冲击地压事故发生的很大的原因在于不合理的开采，而不合理的开采往往就是组织管理上出现的问题。
盲目追求利益，而忽视了生产安全的重要性。
煤层深部开采冲击地压危害防治
措 施。 对于 高 应力 区 ， 一般 采取 的 方法是 大直 径深部 卸 压 到 能够发 生冲 击地压 的应 力水平 、高应 力差水 平 以及 分布 和 深孔爆 破两 种措 施。
冲击地压 发生 的机理 ： （ 冲击应力 场机理 ： 力是 否达 应
规律 。 关键 岩层 运动机理 ： （ 关键 岩层是指 运动 可能 引发 冲 大 直径 钻 孔 孔 径 不 低 于 １ ０ ｍｍ，孔 深 不 低 于 ２ ｍ １ ０ 击地 压 的岩层 或岩层组 ， 也可称 为冲击性 岩层。 冲 击性 构 （ ⑧ 可依据 煤层 的冲 击倾 向性 鉴定和 煤层 埋深 、顶 底板 特 性 造活 化应力 场机理 ： 构造 活化 是诱 发冲击地压 的重要 因素。 等 多种 因素 ， 情调 整 ） 酌 。在 这里 特别 强调 一下 ， 大直 径 深
深井巷道防治冲击地压支护的探索与研究
网、 喷射砼 、 锚索 、 锚注以及锚架 、 锚梁等支护形 式的最 佳组合 。并且在支护时间 、 工艺 、 顺序上系统合 理 。
３ 选 择 防治 冲 击 地 压 巷 道 支 护 方 案 ３ １ 巷 道 支 护 方 式 ．
作 者 简 介 ： － 盛 （ ９ ６一） 男 ， 旗 ， ０ ９年 毕 业 于 Ｉ 东 科 技 火 １培 １６ ， 汉 ２０ 』 Ｊ 学采 矿 ： 孥业 ， 监 处 主任 ¨ 程 师 ， 程 师 ， 在 淄 博矿 业 集 团 ＿ 程 安 Ｌ 工 现 彳 Ｊ ‘ 限 贵仃 公 司 村 煤 矿 安 峻 处 １作 。 ：
１ ２ ８
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２１年 期 ０ 第４ ２
深 井 巷 道 防 治 冲 击 地 压 支 护 的探 索 与 研 究
丁培盛 ， 风 波 ， 志永 张 杨
（ 淄博矿业集 团有限责任公 司埠村煤矿 ， 山东 章 丘
摘 要
２０ １ ） ５２ ５
深 井 地 质 条 件 复 杂 的地 层 ， 褶 曲 、 如 断层 、 隙 、 落 柱 等 区域 ， 裂 陷 以及 塑性 流 变 岩体 、 胀 性 岩 体 、 胀 性 岩 体 等 具 有 明 显 偏 压 的岩 层 ， 膨 碎
关 键 词 冲 击地 压 防 治 顶 板 支 护
中 圈分 类 号 ＇３ ４ ． １ ２ ２ Ｄ 文献标识码 Ａ
１ 防 治 冲 击 地 压 巷 道 稳 定 因素 分 析 原 岩 地 层 中任 一 点 应 力 处 于 平 衡 状 态 ， 道 施 工 巷 后， 由于 褶 曲 、 层 、 隙 等 地 质作 用 ， 岩 应 力 重 新 分 断 裂 围 布 ， 道 周 同应 力 不 均 等 ， 成 巷 道 不 同 形 式 的 破 坏 。 巷 造
煤矿冲击地压防治
新瓦斯爆炸事故是由于冲击地压造成瞬间瓦斯大量涌 出引发的。
5
五龙矿冲击地压事故案例
2013年1月12日22时30分，阜矿集团五龙 矿与兴阜矿之间发生2.0级地震，两矿之间发 生冲击地压事故。事故发生后，五龙矿中央 变电室值班人员立即切断了井下除局部扇风 机专用电以外的所有电源，22时31分，工作 面瓦斯监测系统发出警报。
冲 破 坏 长 度/m
19
冲击地压系由于积聚的弹性变形能于脆性破坏瞬间 骤然释放而形成的动力现象，首先取决于煤岩本身的 特性。三类指标可判别煤岩积蓄能量和产生冲击破坏 的能力。 1、按煤岩的动态破坏时间: ≤50ms( 强) 50~500ms( 中等 ) >500ms(弱)
20
2、按弹性变形能指数：指煤岩样在破坏前的受力过
造带以及煤层厚度变化较大等区域 。
鲍店矿“9.6”矿震事故原因
3层煤上部91m处赋存厚度为94.27m的坚硬中砂岩; 四周采空面积大; 停采线外侧断层落差10m，将巨厚中砂岩切割，使 其处于动态平衡状态； 2305煤柱凸角破坏诱发矿震。 专家结论：事故是由采空区上位巨厚中砂岩大面积 运动形成的矿震引起的，具有不可预测性。
确定发生的时间地点和强度。 2.瞬时震动性 发生过程短暂，象放炮一样，有
声响和强烈的震动，震动波及范围可达几公里，至几 十公里，地面有地震感觉。
3.巨大破坏性 有时顶板瞬间明显下沉，有时底 板突然开裂鼓起甚至接顶，造成设备损坏和人身伤害。
4.复杂性 发生原因复杂、防治措施复杂。
15
③
冲击矿压
顶板型冲击地压
兖州矿区冲击地压（矿震）事故成因
煤（岩）层具有冲击倾向：3煤为弱～强冲击，煤层顶板为 弱冲击。
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㊀第４６卷第１０期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４６㊀Ｎｏ １０㊀㊀２０１８年１０月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｏｃｔ.２０１８㊀深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究孔令海１ꎬ２ꎬ邓志刚１ꎬ２ꎬ梁开山３ꎬ程㊀刚３ꎬ李㊀博４㊀㊀(１.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ２.煤炭资源高效开采与洁净㊀㊀㊀利用国家重点实验室ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ３.山东省滕东生建煤矿ꎬ山东枣庄㊀２７７５２２ꎻ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀４.山东科技大学矿业与安全工程学院ꎬ山东青岛㊀２６６５９０)摘㊀要:为有效控制深部煤巷顶帮防治冲击地压ꎬ采用理论分析㊁数值模拟和现场实测等综合研究方法ꎬ建立深部煤巷围岩空间结构理论模型ꎬ分析深部煤巷差异性分区破坏特征ꎬ研究得到深部煤巷顶帮楔墙体结构发生冲击失稳的模式及类型ꎮ以滕东矿千米埋深具有强冲击危险性的煤巷为背景ꎬ开展了基于防治冲击地压的深部煤巷顶帮支护优化设计和防冲工程实践ꎬ实现巷道掘进和工作面回采的防冲安全ꎬ验证了楔墙体结构用以指导深部煤巷防冲支护设计优化方面的科学合理性ꎬ为深部冲击危险煤巷的顶帮协调控制提供了参考ꎮ关键词:深部煤巷ꎻ冲击地压防治ꎻ围岩空间结构ꎻ楔墙体结构ꎻ防冲协调支护中图分类号:ＴＤ３２４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:０２５３－２３３６(２０１８)１０－００８３－０７ＳｔｕｄｙｏｎｍｉｎｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｗａｌｌｓｃｏｎｔｒｏｌｉｎｍｉｎｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙＫＯＮＧＬｉｎｇｈａｉ１ꎬ２ꎬＤＥＮＧＺｈｉｇａｎｇ１ꎬ２ꎬＬＩＡＮＧＫａｉｓｈａｎ３ꎬＣＨＥＮＧＧａｎｇ３ꎬＬＩＢｏ４(１.ＭｉｎｅＳａｆｅｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｒａｎｃｈꎬＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＭｉｎｉｎｇａｎｄＣｌｅａｎＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅＴｅｎｇｄｏｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏａｌＭｉｎｅꎬＺａｏｚｈｕａｎｇ㊀２７７５２２ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＱｉｎｇｄａｏ㊀２６６５９０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｈｅｍｉｎｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙꎬａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓꎬｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬｓｉｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓｔｕｄｙｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｌｏｎｇｉｎｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙ.Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｕｂ－ｂｌｏｃｋｉｎｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅ￣ｗａｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ａｍｏｄｅｌｔｙｐｅｏｆｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｆａｉｌｕｒｅｏｃｃｕｒｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅｗｅｄｇｅｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｗａｌｌｓａｌｏｎｇｉｎｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｏｂｔａｉｎｅｄ.ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｅｐｓｔｒｅｎｇｔｈｒｏｃｋｂｕｒｓｔｄａｎｇｅｒｓｅａｍｇａｔｅｗａｙｉｎＴｅｎｇｄｏｎｇＭｉｎｅａｓｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄꎬａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｗａｌｌｓｕｐｐｏｒｔａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ.Ｔｈｕｓａｓａｆｅｔｙｍｉｎｉｎｇａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｏｆｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｒｏｃｋｂｕｒｓｔｄａｎｇｅｒｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓａｐｐｒｏｖｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｔｏｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｗａｌｌｓａｌｏｎｇｔｈｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙｗｉｔｈｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｄａｎｇｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｎｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙꎻｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌꎻｓｐａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋꎻｗｅｄｇｅｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｓｕｐｐｏｒｔ收稿日期:２０１８－０６－１９ꎻ责任编辑:杨正凯㊀㊀ＤＯＩ:１０ １３１９９/ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０１８ １０ ０１３基金项目:国家重点研究发展计划资助项目(２０１７ＹＦＣ０８０４２０１)ꎻ国家自然科学基金资助项目(５１３０４１１７ꎬ５１７０４１６５)ꎻ中煤科工集团科技创新基金重点资助项目(２０１４ＺＤ００８)作者简介:孔令海(１９７９ )ꎬ男ꎬ山东济宁人ꎬ博士ꎬ副研究员ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｋｏｎｇｌｈ０１＠１６３.ｃｏｍ引用格式:孔令海ꎬ邓志刚ꎬ梁开山ꎬ等 深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究[Ｊ] 煤炭科学技术ꎬ２０１８ꎬ４６(１０):８３－８９ＫＯＮＧＬｉｎｇｈａｉꎬＤＥＮＧＺｈｉｇａｎｇꎬＬＩＡＮＧＫａｉｓｈａｎꎬｅｔａｌ Ｓｔｕｄｙｏｎｍｉｎｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｗａｌｌｓｃｏｎｔｒｏｌｉｎｍｉｎｅｄｅｅｐｓｅａｍｇａｔｅｗａｙ[Ｊ] ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ４６(１０):８３－８９０㊀引㊀㊀言近１０年来的冲击地压防治实践表明ꎬ冲击地压事故大多发生在深部巷道ꎬ而且煤层巷道占比最大ꎬ揭示了煤层对巷道围岩冲击灾变破坏的影响很大ꎬ造成了巷道剧烈破坏变形甚至闭合㊁财产损失和人３８２０１８年第１０期煤炭科学技术第４６卷员伤亡[１－４]ꎮ巷道围岩控制是岩土工程研究的重要课题ꎬ从散体压力和变形压力理论到弹塑性共同作用理论和新奥法[５－６]㊁巷道岩石力学与工程在塑性区结构[７－８]㊁深埋巷道围岩塑性区特征[９]㊁基于抗力系数的深埋圆隧道围岩自承载能力[１０]㊁大变形控制[１１]及塑性区支护[１２]等方面也进行了研究ꎬ取得了丰富成果ꎮ综合来看ꎬ由于煤岩材料及赋存环境多样ꎬ相比地面结构ꎬ地下工程受其特性及应力环境的影响ꎬ其力学参数不易确定ꎬ反映了深部巷道围岩变形破坏研究的复杂性ꎮ煤巷冲击地压是围岩失稳的一种动力学灾变形式ꎬ在高应力回采巷道围岩破裂机理[１３]㊁巷道冲击失稳的损伤断裂力学模型[４]㊁分区破裂化冲击破坏[１５]㊁冲击矿压巷道强弱强结构[１６]㊁巷帮层裂板结构失稳[１７]㊁特厚煤层蠕变冲击机理[１８]㊁均质圆形巷道蝶型冲击地压机理[１９]㊁外界触发诱导塑性区围岩结构冲击的机理[２０]㊁吸能锚杆索支护防冲机理[２１]㊁不同冲击条件下的大变形锚索支护[２２]㊁弱夹层复合结构防冲击性能[２３]㊁卸荷煤体发生冲击失稳的动态响应机制[２４]等方面近４年来成果为深部巷道冲击地压防治提供了新的思路ꎮ已有文献在深部巷道支护和冲击地压防治等方面取得了不少新的认识ꎬ为深部煤巷冲击地压防治提供了指导ꎮ但由于我国煤矿开采条件多样㊁深部煤层赋存条件复杂等特点ꎬ深部煤巷冲击地压问题严重影响了煤矿安全生产ꎮ因此ꎬ从冲击地压防治角度ꎬ围绕深部煤巷围岩破坏结构和围岩失稳模式及类型等方面开展更深入的研究ꎬ对深部煤巷冲击地压防治具有重要意义ꎮ笔者以千米埋深煤巷作为研究对象ꎬ针对深部煤巷冲击地压孕育机制ꎬ从顶帮支护与控制角度ꎬ开展了深部煤巷掘进和回采全过程的冲击地压防治研究和实践ꎮ１ 深部煤巷分区破坏特征分析岩体作为具有一定地质年代的地质体ꎬ经历新老地质构造运动作用ꎬ处于自重应力㊁构造应力的共同影响下ꎮ地应力活动会影响或产生地质构造ꎬ剧烈的地应力会引起地震ꎮ地应力活动是岩体克服阻力㊁不断破坏运动的结果ꎮ在矿井范围内ꎬ新老构造体交互存在ꎬ采掘扰动破坏的煤岩体正是处于重力应力场和构造应力场的共同影响之下ꎮ锚杆支护充分利用围岩的自承能力将荷载体变为承载体ꎬ起到了强化围岩强度的作用ꎬ成为煤矿巷道一种主要的支护方式ꎮ由于锚杆是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物ꎬ与其他传统支护结构的不同在于ꎬ锚杆深入到巷道围岩内部对岩体进行力学的组合ꎮ锚杆与围岩在刚度㊁强度方面的较大差别ꎬ在阻止围岩松动圈的碎胀变形过程中ꎬ锚杆所受拉力不断增大ꎬ这一应力变化过程与巷道围岩的性质㊁塑性破坏区范围和锚固方式等密切相关[１８]ꎮ对深部煤巷ꎬ一般为矩形或拱形结构ꎬ巷道开挖后ꎬ围岩承受较大应力ꎬ顶板发生弯拉下沉ꎬ巷帮在剪应力作用下发生变形㊁破裂㊁破坏和位移ꎮ岩体应力在塑性区边界有一个极小值ꎬ即２个支承压力峰值ꎬ如图１所示ꎮ其中ꎬσ㊁ε分别为巷道有锚杆支护时的切应力和切应变ꎻσᶄ㊁εᶄ分别为无锚杆支护时的切应力和切应变ꎻⅠ㊁Ⅱ㊁Ⅲ㊁Ⅳ和Ⅴ分别为不同深度围岩特征分区ꎮ图１㊀深部煤巷围岩分区破坏示意Ｆｉｇ １㊀Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｄｉｖｉｓｉｏｎｉｎｄｅｅｐｃｏａｌｒｏａｄｗａｙ由于煤岩体的差异性ꎬ采用锚杆支护的深部煤巷帮部破坏分区破坏特征如下ꎮ１)断面方向的分区破坏特征ꎬ见表１ꎮ表１㊀不同深度围岩分区特点Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｄｉｖｉｓｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓ序号分区应力状态分区范围大小完整性主破坏面Ⅰ破碎区较小小于锚杆长度差较多Ⅱ过渡区极大大于锚杆长度较差较少Ⅲ塑性区极大等于破坏范围较好少Ⅳ弹性区较大 好无Ⅴ原岩区较大 好无㊀㊀２)走向方向的分区破坏特征ꎮ煤层复杂的沉积地质赋存条件ꎬ决定了深部煤巷走向方向围岩破坏的复杂多样性ꎻ长时间㊁动态施工成巷的工程特点ꎬ是造成走向方向非均衡破坏的主要因素ꎬ巷道围岩破裂面产状具有分区差异特点ꎬ即深部煤巷围岩应力破坏的走向分区性ꎮ３)根据巷道围岩矿压控制理论ꎬ结合现有煤矿巷道锚杆支护的特点ꎬ围岩破坏结构特点:在支护承４８孔令海等:深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究２０１８年第１０期载区ꎬ锚杆支护使破坏围岩形成自承载结构ꎬ主要为破坏后的破碎围岩和屈服破坏的较完整围岩ꎻ在高应力影响区ꎬ主要为发生屈服破坏的较完整围岩ꎮ２㊀深部煤巷顶帮破坏的楔体墙结构模型２.１㊀深部冲击地压事故煤巷的围岩破坏特征通过分析近年来煤巷冲击地压事故围岩的破坏特征ꎬ主要有如下特点:１)既有掘进巷道(自由空间形成时间不长)ꎬ也有回采巷道(自由空间形成时间较长)ꎬ二次修复巷道发生冲击破坏的情况比较典型ꎮ２)围岩破坏较严重的区段大都发生于巷道含煤体部位ꎮ３)走向不同区段巷道围岩冲击破坏特征差异性明显ꎬ巷道顶板下沉或巷帮鼓出明显ꎮ４)巷道冲击破坏后围岩和物料设备的移动呈现较一致的方向性ꎬ锚固支护的巷帮较多呈整体性移动ꎬ且部分巷帮支护有一定支护承载能力ꎮ实践表明ꎬ工程现场防治冲击地压工作更加依赖于实施区域大范围的强卸压技术措施㊁弱预警指标的多手段监测ꎬ较好地减弱了发生冲击地压的危险性ꎮ然而ꎬ这也反映了冲击危险预警评估方面的理论依据的不足ꎬ需进一步开展深部巷道破坏围岩结构与冲击地压发生机制之间关系的研究ꎮ２.２㊀楔体墙结构模型一般情况下ꎬ煤巷一般沿底板岩层布置ꎬ因此这里重点分析顶板和巷帮的变形破坏特点ꎮ将深部煤巷围岩变形破坏主要分为３个阶段:１)单向应力围岩变形破坏阶段ꎮ随煤巷自由空间的形成ꎬ煤巷顶板和巷帮卸荷ꎬ围岩由高压应力状态突变为拉应力或剪切应力状态ꎬ煤巷进入变形破坏阶段ꎬ受锚杆 急增阻 支护作用的影响ꎬ巷帮煤体支承压力峰值形成并增加ꎬ巷道变形增加不明显ꎬ围岩处于单向应力状态ꎮ２)三向应力围岩变形破坏阶段ꎮ随锚杆锚索支护阻力逐渐强化到正常支护阻力ꎬ受锚杆 准恒增阻 支护作用的影响(支护阻力小于锚杆抗拉强度)ꎬ煤巷顶板和帮部煤体破坏深度及其增量变化速度得以减缓(相对稳定的松动圈范围)ꎬ围岩自承载能力提升并趋于稳定ꎮ同时ꎬ已破坏围岩应力峰值随塑性区范围扩大而增大ꎬ而锚固端与塑性区边界的距离逐渐变小ꎬ围岩变形扩大ꎬ围岩处于非平衡三向应力状态ꎮ３)围岩塑性区范围扩张阶段ꎮ受深部高地应力或煤巷围岩低强度的影响ꎬ处于三向应力非平衡状态的围岩继续发生破坏ꎬ支护系统锚固端进入塑性区ꎬ锚杆支护系统整体进入 类恒阻 状态(支护阻力受锚固承载系统的影响)ꎬ锚固支护区和深部塑性区围岩分别为形成２个应力峰值ꎮ煤巷变形由锚固承载系统碎胀变形和深部围岩弹塑性变形构成ꎬ围岩承受碎胀力㊁形变力㊁采动应力等的共同作用ꎮ当考虑人工卸压的影响时ꎬ围岩塑性区范围将变大ꎮ因此得到ꎬ深部煤巷锚固承载区围岩应力状态的复杂动态变化是其与浅部煤巷应力状态的重要区别之一ꎮ由于锚杆锚固端在围岩塑性区时下降显著ꎬ围岩塑性区边界应力极小值也因锚固端煤体力学状态的改变而发生多次改变(图１)ꎮ根据上述分析ꎬ以滕东矿千米埋深煤巷为对象ꎬ建立底板为岩层的深部煤巷围岩破坏的空间结构模型如图２所示ꎬ其中箭头为围岩破坏主应力传递方向ꎻ类椭圆虚线为巷道围岩松动破坏范围ꎻ巷道上下弧形虚线为顶底变形位置ꎻ巷道两侧倾斜虚线为巷帮煤体主破坏面位置ꎻ巷道两侧曲线为巷帮煤体垂直应力分布曲线ꎮ将巷道围岩锚固承载岩体设为具有一定强度的 墙体 ㊁深部塑性区岩体设为主破裂面动态变化的 楔体 ꎬ假设支护阻力Ｆｉ大小随变形发生变化ꎬＦｉ是主破裂面与水平主应力夹角的函数ꎬＦｉ最大值对应破裂滑面为最危险破裂面ꎬ受岩体自重及上覆荷载的影响ꎬ锚固岩体变形破坏时ꎬ 楔体 沿滑面破坏ꎮ图２㊀深部煤巷围岩空间结构模型Ｆｉｇ ２㊀Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｔｒａｔａｏｆｄｅｅｐｒｏａｄｗａｙａｎｄｗｅｄｇｅｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｏａｄｗａｙ２.３㊀深部煤巷顶帮破坏失稳模式及类型在煤矿煤层巷道ꎬ楔墙体结构破裂滑面的动态破坏同时影响着顶板和底板岩层的应力状态ꎬ顶底板岩层结构的破坏则反作用于楔墙体结构ꎮ对布置于煤层中的巷道来说ꎬ受煤岩地质体固有力学性质的影响ꎬ顶㊁底和帮三者变形破坏规律存在差异ꎬ受５８２０１８年第１０期煤炭科学技术第４６卷锚固支护系统的控制作用ꎬ三者在围岩浅部形成整体运动ꎬ相互作用ꎮ巷帮主应力差的变化影响着 楔体 的动态变化ꎬ 楔体 的动态变化影响着巷道围岩空间结构的应力状态ꎬ并决定了围岩结构的稳定性ꎮ由此可得到深部巷道围岩楔墙体结构的失稳模式主要分为２类ꎬ如图３所示ꎮβ 巷帮墙体的顶板支护承载角ꎻδ 支护阻力的倾角ꎻＧｉ 巷帮上覆作用力ꎻＢ１㊁Ｂ２㊁Ｂ３ 巷帮煤体主破坏面ꎻαｉ 巷帮煤体主破坏面倾角ꎻＴｉ 巷帮楔体冲击破坏的瞬时反作用力ꎻγ 巷帮楔体冲击破坏的瞬时反作用力倾角图３㊀巷帮楔墙体结构失稳模式Ｆｉｇ ３㊀Ｉｍｐａｃｔｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｓｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｔｒａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｅｅｐｒｏａｄｗａｙｓｉｄｅｓ由图３可知ꎬ深部巷道围岩空间结构的失稳模式有如下４种情况:①楔墙体结构稳定ꎬ顶或底板失稳ꎻ②楔墙体结构不稳定ꎬ 墙体 发生大位移失稳ꎬ诱发帮和顶板的联合失稳ꎻ③楔墙体结构不稳定ꎬ 墙体 发生翻转失稳ꎬ诱发帮和顶板的联合失稳ꎻ④楔墙体和顶板结构稳定ꎬ致使底板大变形或失稳ꎬ甚至进一步诱发顶㊁底㊁帮三者的联合失稳ꎮ３㊀煤巷冲击破坏的相似模拟３.１㊀相似模拟试验与结果分析为进一步研究深部煤巷的冲击破坏规律ꎬ考虑深部巷道围岩塑性区深度较大和侧压系数较大情况ꎬ通过采用１ʒ４０大比例模型和双向动态加载施压方法ꎬ相似模型如图４所示ꎬ以滕东矿３下１１３工作面巷道为工程背景ꎬ开展煤巷冲击破坏的相似模拟试验研究ꎮ限于篇幅ꎬ这里只给出部分动载结果ꎮ图４㊀深部煤巷顶帮破坏的相似模拟试验结果Ｆｉｇ ４㊀Ｓｉｍｉｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏａｌｆａｉｌｕｒｅｉｎｄｅｅｐｃｏａｌｒｏａｄｗａｙ３.２㊀动压作用下模型巷道围岩应力分布规律破坏围岩形成的空间结构是冲击地压发生的主体ꎬ在围岩应力㊁支护条件与现场相似的情况下ꎬ通过对模型边界施加动压ꎬ分析巷道围岩空间结构的冲击失稳特征ꎮ其中ꎬ冲击破坏前的帮围岩楔墙体结构应力变化部分结果如图５所示ꎮ图５㊀模型巷道以里１２.５ｃｍ处巷帮应力变化曲线Ｆｉｇ ５㊀Ｔｒｅｎｄｃｕｒｖｅｏｆｒｏａｄｗａｙｓｔｒｅｓｓａｔ１２.５ｃｍｉｎｓｉｍｉｌａｒｍｏｄｅｌｒｏａｄｗａｙ图５ａ为距端面１２.５ｃｍ处布置于左帮测点的应力变化曲线ꎬ对应测点编号为４－７㊁４－１０和１－１０ꎻ图５ｂ为布置于右帮测点的应力变化曲线ꎬ对应编号为１－１㊁１－８和３－１３ꎮ文中压应力为正值ꎬ拉应力为负值ꎮ图５为动载作用下两帮垂直应力随时６８孔令海等:深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究２０１８年第１０期间增加呈现 增加－减小－急剧增加－急剧减小－稳定的趋势ꎮ加载初期ꎬ巷道左帮垂直应力在－０.１０~０.１０ＭＰａ变化ꎬ右帮垂直应力在－０.０５~０.０５ＭＰａ变化ꎮ当加载至２１:５６:１０时ꎬ两帮垂直应力急剧增大(４－７测点由－０.０５ＭＰａ增加到＋０.５０ＭＰａ㊁４－１０测点由０增加到０.２０ＭＰａꎬ１－１０测点由－０.１５ＭＰａ到０.３０ＭＰａꎬ１－１由－０.０３ＭＰａ增加到＋０.５０ＭＰａꎬ１－８测点由－０.１０ＭＰａ增加到＋０.４０ＭＰａꎬ３－１３测点由－０.０５ＭＰａ增加到＋０.７０ＭＰａ)ꎮ当加载至２１:５７:３６时ꎬ两帮垂直应力开始急剧减小(４－７测点由＋０.５０ＭＰａ减小到＋０.１０ＭＰａ㊁４－１测点０由＋０.２０ＭＰａ减小到＋０.０５ＭＰａꎬ１－１０测点由０.３０ＭＰａ减小到０ＭＰａꎬ１－１测点由＋０.５０ＭＰａ减小到０.１５ＭＰａꎬ１－８测点由＋０.４０ＭＰａ减小到０.０２ＭＰａꎬ３－１３由＋０.７０ＭＰａ减小到０.３０ＭＰａ)ꎬ模型巷道发生冲击破坏ꎮ３.３㊀深部煤巷顶帮破坏失稳的冲击机制探讨煤岩体破坏伴随了其形状㊁介质属性等的改变ꎬ冲击地压的发生是煤岩体结构破坏的一种形式ꎬ表现为瞬时的粘滑失稳破坏过程ꎬ这种粘滑是煤岩体滑动过程中滑移面上的剪应力不断出现急剧增大和减小的过程ꎮ煤岩体结构的这种是不稳定的粘滑失稳过程ꎬ其特点是主应力差达到一定值后的突然卸载和随后的波动过程ꎮ模拟试验表明ꎬ当深部掘进巷道围岩发生冲击破坏时ꎬ即施加动载过程中ꎬ巷道围岩空间结构处于失稳阶段ꎬ深部巷道冲击地压的发生ꎬ其实是帮部楔墙体结构的滑移失稳所致ꎮ这与实际冲击发生时煤岩体表现为瞬时粘滑失稳破坏现象基本吻合ꎮ根据前述理论分析ꎬ深部煤巷围岩中的煤层与岩层的地质㊁物理㊁力学等方面的差异ꎬ形成了复杂的煤巷围岩空间结构ꎬ为 楔体 结构滑移面的扩展提供了结构条件ꎮ主应力调整或集中使主应力差发生变化ꎬ围岩产生新的破裂ꎬ为 楔体 结构滑移面的扩展提供了应力条件ꎮ当主应力发生调整或集中ꎬ帮部 墙体 结构对 楔体 结构的作用力达到最大值ꎬ或 楔体 结构的破裂滑移角达到最大值ꎬ造成破裂面延深和 墙体 结构的失稳ꎬ形成冲击地压ꎮ因此可认为ꎬ深部巷道巷道冲击地压的发生ꎬ其实是帮部 楔－墙体 结构的滑移失稳所致ꎮ４㊀基于防冲的顶帮支护设计优化４.１㊀工程概况滕东矿主采３下煤层ꎬ平均煤厚４.５０ｍꎬ３下煤层单轴抗压强度平均２８ＭＰａꎮ煤层顶板岩层存在多层坚硬厚岩层ꎬ直接顶岩层为厚１４.７６ｍ的细砂岩ꎬ细粒砂状结构ꎻ基本顶岩层为厚１７.４８ｍ的中砂岩ꎬ为深灰色ꎬ巨厚层状ꎬ砂泥质结构ꎬ参差状断口ꎬ上部含植物根部化石及黄铁矿ꎬ下部砂质含量增加ꎮ直接底为砂质泥岩ꎬ厚０~７.５０ｍꎬ平均３.７５ｍꎻ基本底为粉砂岩㊁细砂岩ꎬ厚度平均１５.１６ｍꎬ粉砂岩为灰色ꎬ薄层状ꎬ细~粗粉砂状结构ꎬ参差状断口ꎬ下部缓波状水平层理发育ꎮ该矿采掘期间 煤炮 响声较明显ꎬ近构造区时的工作面矿压明显ꎬ局部存在巷道变形㊁断锚索和片帮等现象ꎬ其中ꎬ第２个工作面开切眼掘进至ＤＦ９断层处ꎬ 煤炮 较频繁ꎬ局部巷帮有冲击片帮显现ꎬ工作面在 采空区见方 和地质构造异常带期间发生过大面积来压现象ꎮ由于冲击危险性评价和冲击危险区预处理等各项措施落实得当ꎬ该矿并没有发生过冲击地压灾害事故ꎮ随矿井采空区面积扩大ꎬ３下１１３工作面临近采空区一侧ꎬ３下１１１工作面临近３下１１３工作面采空区ꎬ工作面在采掘期间受采动应力㊁构造应力和上覆坚硬岩层运动等多因素的影响ꎬ防治冲击地压面临挑战ꎮ４.２㊀防治冲击地压危险的顶帮控制支护设计在前述理论分析的基础上ꎬ在３下１１３工作面掘进施工前ꎬ在冲击危险性评价㊁监测预警和卸压解危等基础上ꎬ除考虑顶帮支护设计的基本要求外ꎬ还结合冲击地压对围岩支护系统所造成可能的动载影响ꎬ对顶帮控制支护设计进行了优化ꎮ１)巷道支护设计ꎮ巷道锚杆规格ø２０ｍｍˑ２４００ｍｍꎬ顶锚杆间排距９５０ｍｍˑ９００ｍｍꎬ帮部锚杆间排距９００ｍｍˑ９００ｍｍꎬ锚杆锚固力４０ｋＮꎻ锚索只布置在巷道顶部ꎬ每排２个ꎬ间排距为９５０ｍｍˑ１.８ｍꎬ锚索锚固力８０ｋＮꎮ２)基于防冲的支护设计优化ꎮ根据前述楔墙体结构理论ꎬ为加强顶板和巷帮的强度及有效支护范围ꎬ考虑大直径钻孔卸压对巷帮破坏的影响ꎬ结合巷道实际条件和防冲要求ꎬ从控制变形和提高围岩整体性的角度ꎬ顶帮分别增加锚索各１根ꎬ增加的锚索间距为１８００ｍｍꎬ帮锚索长度为４.０ｍꎮ应该指出ꎬ前文基于巷帮楔墙体结构模型的顶帮锚索优化支护ꎬ是从防治冲击地压的角度ꎬ以提高锚固支护系统抗冲击能力(而非单纯提高锚杆或锚索的抗拉强度)为目的ꎬ既考虑了因煤层卸压而导致的巷帮稳定性变差ꎬ又考虑了提高顶帮锚固支护７８２０１８年第１０期煤炭科学技术第４６卷系统的稳定性和支护强度ꎬ即协调支护ꎮ５㊀顶帮协调支护防冲效果评价冲击地压致灾因素复杂ꎬ巷道围岩破坏形式多样ꎮ冲击地压的突发㊁瞬时㊁严重破坏性等特点ꎬ都反映了其国际性难题的复杂性ꎮ虽然防治冲击地压涉及到许多方面的工作ꎬ但从３下１１３工作面实现安全生产的经验来看ꎬ该矿所采取并形成的 基于防冲的支护优化设计 是合理的ꎬ为实现防冲工作的顺利完成打下了重要基础ꎮ通过２年多的掘进和回采ꎬ３下１１３工作面顺利实现了生产安全ꎬ在深部煤巷防治冲击地压方面积累了经验ꎮ２０１７年部分实测结果如图６所示ꎮ图６㊀巷帮应力在线监测结果Ｆｉｇ ６㊀Ｒｏａｄｗａｙｓｉｄｅｓｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ由图６中不同深部煤体应力曲线可看出ꎬ３下１１１工作面掘巷道围岩浅部应力呈上升趋势ꎬ３下１１３工作面回采巷道围岩浅部应力呈波动上升特点ꎬ揭示了掘进巷道浅部围岩形成墙体结构后ꎬ随锚固强度的增大和相对深部煤体的形变压力的增大ꎬ墙体结构自承载能力提高ꎻ而在２０１７年１０月１４日超前工作面１６０ｍ时压力上升ꎬ在２０１７年１１月４超前工作面１２０ｍ时发出黄色预警ꎬ揭示了采动影响下ꎬ超前巷道浅部围岩矿压显现明显ꎮ很明显ꎬ这２组应力实测结果变化说明了深部煤巷的浅部墙体结构与深部楔体结构的应力变化特征ꎬ基于前述理论模型ꎬ可较好揭示巷帮煤体的应力破坏机制ꎬ为防治冲击地压的发生奠定了理论基础ꎮ同时ꎬ巷道围岩支护作为深部煤巷围岩控制不可或缺的重要组成ꎬ本文提出的 协调支护防治冲击地压 的围岩控制路线ꎬ考虑到实施大直径钻孔对巷道帮部煤层卸压和顶帮锚固支护整体性的影响ꎬ符合防治冲击地压的实际情况ꎬ对巷道支护㊁矿压㊁深部煤巷防治冲击地压等具有重要参考意义ꎮ因此ꎬ对深部煤巷支护设计ꎬ除了满足巷道围岩支护控制的要求外ꎬ还应结合防治冲击地压的实际情况ꎬ综合考虑冲击地压对围岩支护系统所可能造成的动载影响ꎬ需综合考虑冲击地压和巷道支护对顶帮控制支护设计进行优化ꎮ６㊀结㊀㊀论１)地质运动形成的地质体和长期动态施工扰动特点ꎬ是深部煤巷围岩差异性分区破坏的主要因素ꎮ２)在深部煤矿围岩空间结构组成中ꎬ支护承载区主要为破碎围岩和屈服破坏的较完整围岩组成ꎬ煤巷高应力影响区主要为发生塑性破坏的较完整围岩组成ꎮ３)深部煤巷围岩空间结构的形成主要由单向应力㊁三向应力㊁围岩塑性区范围扩张３个阶段组成ꎮ４)基于深部煤巷差异性分区破坏特征ꎬ建立深部煤巷顶帮破坏的 楔墙体 结构模型ꎬ巷帮主应力差的变化影响着 楔体 的动态变化和巷道围岩空间结构的应力状态及围岩结构的稳定性ꎮ５)研究给出深部煤巷围岩空间结构失稳的４种模式类型ꎮ６)深部煤巷冲击地压防治ꎬ需要综合考虑应力环境和围岩空间结构２个方面的动态变化情况ꎬ采取有针对性的措施ꎮ致谢:感谢张士川博士和尹大伟博士在模拟试验期间提供的帮助!参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀姜耀东ꎬ赵毅鑫.我国煤矿冲击地压的研究现状:机制㊁预警与控制[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１５ꎬ３４(１１):２１８８－２２０４.ＪＩＡＮＧＹａｏｄｏｎｇꎬＺＨＡＯＹｉｘｉｎ.Ｓｔａｔｅｏｆｔｈｅａｒｔ:ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍꎬｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｏａｌｂｕｍｐｓｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ３４(１１):２１８８－２２０４.[２]㊀齐庆新ꎬ李晓璐ꎬ赵善坤.煤矿冲击地压应力控制理论与实践[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(６):１－５.ＱＩＱｉｎｇｘｉｎꎬＬＩＸｉａｏｌｕꎬＺＨＡＯＳｈａｎｋｕｎ.Ｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｉｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅｂｕｍｐｉｎｇ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１３ꎬ４１(６):１－５.[３]㊀齐庆新ꎬ窦林铭.冲击地压理论与技术[Ｍ].徐州:中国矿业大学出版社ꎬ２００８.[４]㊀潘俊锋ꎬ毛德兵ꎬ蓝㊀航ꎬ等.我国煤矿冲击地压防治技术研究现状及展望[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(６):２１－２５ꎬ４１.ＰＡＮＪｕｎｆｅｎｇꎬＭＡＯＤｅｂｉｎｇꎬＬＡＮＨａｎｇꎬｅｔａｌ.ＳｔｕｄｙｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｍｉｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅｂｕｍｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１３ꎬ４１(６):２１－２５ꎬ４１.[５]㊀马念杰ꎬ侯朝炯.采准巷道矿压理论及应用[Ｍ].北京:煤炭工８８孔令海等:深部煤巷顶帮控制防治冲击地压研究２０１８年第１０期业出版社ꎬ１９９５.[６]㊀何满潮ꎬ袁和生ꎬ靖洪文ꎬ等.中国煤矿锚杆支护理论与实践[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００５.[７]㊀陈建功ꎬ贺虎ꎬ张永兴.巷道围岩松动圈形成机理的动静力学解析[Ｊ].岩土工程学报ꎬ２０１１ꎬ３３(１２):１９６４－１９６８.ＣＨＥＮＪｉａｎｇｏｎｇꎬＨＥＨｕꎬＺＨＡＮＧＹｏｎｇｘｉｎｇ.Ｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｌｏｏｓｅｎｚｏｎｅｉｎｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｏｆｔｕｎｎｅｌｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１１ꎬ３３(１２):１９６４－１９６８.[８]㊀ＺＡＲＥＩＦＡＲＤＭＲꎬＦＡＨＩＭＩＦＡＲＡ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｏｆｄｅｅｐｔｕｎｎｅｌｓｉｎａｎｅｌａｓｔｉｃ－ｂｒｉｔｔｌｅ－ｐｌａｓｔｉｃｒｏｃｋｍａｓｓｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｄａｍａｇｅｄｚｏｎｅ[Ｊ].ＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６ꎬ５８:１８６－１９６. 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