巷道冲击矿压破坏与强弱强结构控制

上
华丰煤矿9.9冲击地压事故示意图
1611下平巷
2006年9月9日 1410上平巷掘 进头发生一起 2.0级冲击地压， 造成2人死亡， 2人重伤，摧毁 巷道71米。
1410工作面距16
11工作面700米
1410下平巷
1410工作面
1611上平巷 1610下平巷
冲击地压发生破坏区
已掘进480米
巷 1410上平 1409下平 巷
43上05切眼导硐施工至距停头位置2m左右发生冲击
地压，迎头后28～68m范围内巷道发生3处冒顶。切眼两
帮移近0.9～3.8m，工作面一侧煤帮抛出0.4～2.3m；顶底 板移近1.35～3.0m，三处断面几乎全部堵塞，堵塞长度
18.1m。事故损坏风筒193m，折断单体液压支柱55棵，倒
柱115棵，拉断锚杆366根、锚索39根。事故造成1人死亡， 4人受伤。
43上05工作面切眼导硐剖面图
"2005.1.3"事故现场剖面示意图 说明： 1、A处冒顶173#～181#钢带；B处冒顶188#～195#钢带； C冒顶215#～224#钢带。 2、43上05面切眼全长195m，已掘193m。 3、巷道冒高约2.0m。
中、细砂岩（ 15.6～20.0m ） 粉砂岩（2.0m ）
生的准确性约75%，还有一部分冲击矿压的发生是无法事先预测到
的，只有通过加强巷道围岩稳定性控制来防治和减弱冲击矿压造成 的破坏和损失。
从能量角度来说：冲击矿压的发生实质就是巷道周围岩体中弹性能
量的积聚和突然释放过程。若在冲击矿压发生时，支护构件系统能及 时吸收冲击产生的全部或部分动能，那么就有可能消除或减弱冲击灾
1e6
5e5 1e6 5e5 1e6 1e6
1.巷道冲击破坏临界速度及最小能量值;
开巷无支护 0米 2.5×105 冲击效应
khns 0米 3×105J冲击效应
khns50e6冲击效应
khnsdyh50e7冲击效应
巷道顶板50米处不同能量冲击效应
50米3e6 塑性区
50米4e6塑性区
3.震源距离与冲击破坏相关性
这一领域最早的教育家。在国际岩石力学界于先生首先提出“轴变
论”、“岩石记忆”与非确定性科学理论，为我国现代采矿科学理 论发展奠定了基础；于先生是中国地铁建设“暗挖”法的创建者、 倡导者和积极推动者，采用“暗挖”法实施中国地铁建设的奠基人。
研究手段
实验室相似模拟 计算机数值模拟
很困难 难以真正实现
顶板10米 5e6 冲击效应
khns 20米 5e6 冲击效应
khnsdyh 30米 5e6 冲击效应
khnsdyh 50米 5e6 冲击效应
khnsdyh 80 5e6 冲击效应
khnsdyh 100 5e6 冲击效应
震源距离（5×106 J）对巷道冲击效应曲线
3 巷道围岩冲击矿压的破坏过程动态演化 3.1 单轮瞬间冲击破坏 3.2 多轮累积冲击破坏 3.2 轻微损伤不破坏

获中国煤炭工业协会科技进步特等奖1项，省部级科技 进步一等奖2项，三等奖2项；以第一作者发表论文17
篇（EI检索10篇），获发明专利2项，合作申请并获实
用新型专利7项。
主讲人简介

目前，主持教育部重点项目“煤矿地下巷道围岩结构
对爆炸冲击波响应特征的微震试验研究”（109075）、
博士后课题项目“永煤矿区深部软岩巷道大变形机理 及控制技术研究”等课题。
近两年，有记录的冲击矿压有 20多次，主要发生在跃进煤矿和
千秋煤矿。最典型的是 2007年跃进煤矿 “6.19”和千秋煤矿 “8.21”冲击。冲击地压，时刻潜伏着，防不胜防。
2012年春季永煤集团学术讲座
2011年11月3日19时 45分许，河南义煤集 团公司千秋煤矿21221 下巷掘进工作面发生 一起冲击地压事故， 地面震感强烈。事发 区域共有75人作业， 10人遇难。此次事故 是由于工作面运输巷 发生冲击地压引发的， 发生事故的巷道距离 井口大概有800米的垂 直距离。
直接顶
巷道 直接底板1 底板2 底板3 底板4
泥硅质粉砂岩
煤层 粉砂岩 泥岩 细砂岩 中砂岩
8
8 3 3 20 40
2e10
5e9 5e10 5e10 1e11 1e11
8e9
5e8 2e10 2e10 5e10 5e10
2400
1400 2500 2000 2500 2500
30
25 35 30 35 35
链接巷道破坏过程模拟
《中华人民共和国行业标准》MT/T174-2000
煤的冲击倾向鉴定指标值
指标
动态破坏时间 DT/ms 冲击能量指数KE/kJ 弹性能量指数WET
强冲击
≤50 ≥5.0 ≥5.0
弱冲击
50~500 5.0~1.5 5.0~2.0
无冲击
＞500 ＜1.5 ＜2.0
4、巷道冲击矿压破坏机理
掘进迎头
C处冒顶区
B处冒顶区
鲍店煤矿“2004.9.6”冲击矿压事故 事故地点概况：2310一号进风联络巷，西部为
2310、2311工作面采空区；北部为大马厂断层与 2310停采线之间的煤柱；东侧、南侧为大马厂断 层（落差10m），断层外为2306切眼。2310运顺、 轨顺外分别建有3道密闭砖墙。
相关图片和动画显示
冲击动载突变破坏
定义：在开采过程中发生冲击矿压，巷道围岩瞬间
发生猛烈突然的破坏，伴随着巨大声响，顶板整体
下移，两帮内挤，底板鼓起。 特点： 载荷为冲击动载 载荷强度大，随时间变化
瞬间突然发生，防不胜防
破坏程度大 冲击图片及视频显示
2 巷道冲击矿压典型案例
外抛出40～50m，造成密闭附近2人死亡，6人受伤。
3、巷道冲击矿压破坏过程
• 岩石力学的科学主题是“过程”的研究。 （于学馥）
• 于学馥(1919-2010)，是我国采矿工程界第一批博士生导师（全国共2 人），是中国岩石力学与工程学科的创始人、奠基人与学科前沿开 拓者之一，是北京科技大学矿业工程学科主要创建人之一，是中国
事故发生位置
21221下巷
河南义马千秋煤矿冲击地压事故
义马跃进煤矿冲击地压事故
2004年该矿25080工作 面(采深800~840 m)下巷 掘进首次发生了冲击地 压,截止2007年8月6日, 先后已发生冲击地压多 次，其中以2007年6月 19日25080工作面(正在 回采)和8月6日25090工 作面(5月底停采)停采线 以外发生的两次冲击地 压比较严重,造成了400 余m巷道破坏和人员伤 亡。
1 H=
.0
55 ∠
°
4.27冲击位置
1 4 0 6 西
28°
集运巷 -675岩石
切
中
1
4
0
5
西
28°
-604岩
17 °
巷 石集运
交
2001年7月5日，3406（1）工作面正常推采期间在下出口发生1.7 级冲击地压，造成12人重伤，损坏巷道60余米，工作面停产1天。
7.5冲击位置
11.3冲击位置
3.10冲击位置
鲍店煤矿冲击矿压事故地点平面图
1#闭
第三次建8米长，锚杆、 金属网、沙袋混合防爆闭
21m
被摧跨的密闭
2#闭
3#闭
事故经过 2004年9月6日下午，2310轨顺密闭顶部有微量
烟雾，决定采用闭前喷射混泥土及向采空区注浆
的封堵措施，在准备过程中发生事故。冲击波将
采空区附近2310轨顺外2道密闭砖墙摧毁，碎砖向
工 作
面
位 置
工 作 面 位
槽
置
下
顺
透
Ⅵ
Ⅴ
2001年11月3日 3407（1）工作 面推采83m时 在工作面下出 口发生了1.9级 冲击地压，造 成13人重伤、1 人死亡，损坏 巷道100余米， 工作面被迫停 产封面。
下 顺 槽
工
Ⅴ
作
面
Leabharlann Baidu
位
置
上 顺 槽 顺 槽
2001年3月10日3406工作面于发生1.7级冲击地压，造成1人重伤 12棵柱子歪斜局部冒顶。
1410工作面已推采287米
1610上平巷
1611工作面
2006年9月9日 1410上平巷掘 进头冲击地压 事故现场
2012年春季永煤集团学术讲座
东滩矿“2005.1.3”冲击地压事故 工作面概况：
43上05工作面为四面采空的“孤岛”工作面，
倾斜宽187.3m，走向长度490.4m。切眼北邻143上
义马千秋煤矿冲击地压事故
义马煤田冲击矿压从20世纪80年代就有显现。主要表现为响煤 炮和局部支架损坏。首次有人员伤亡的冲击矿压是千秋煤矿。 1998年9月3日，18152下巷开口掘进100m处发生冲击矿压事故， 造成巷道破坏约55m，损坏工字钢支架105棚，冲击出煤量约 532m3，停产约60d。该段巷道埋深455m。

煤炭工业协会煤矿巷道锚杆支护培训授课教师，全国 煤矿远程教育培训授课教师。

2008年被中国煤炭工业协会支护委员会评为全国煤矿 支护先进个人。
巷道破坏
常规静载渐变破坏 冲击动载突变破坏
常规静载渐变破坏的研究
目前大量研究基本都是，特点： 载荷基本稳定，强度较低 变形速度较慢，几个~几十mm/d 人员来得及逃离
相对有效、接近
冲击矿压的发生具有瞬时性和突然性，在瞬间
的物理爆炸过程中，游离煤岩体发生弹射，或者是 断面发生急速收缩和垮冒。在这一过程中，从冲击
开始到冲击结束，只不过短短的几毫秒到几秒。
这个过程到底是
怎样的一个过程？ 冲击震动波是怎样在 岩体中发生效应的？
数值模拟各岩层几何力学参数
位置 顶板厚层 顶板3 顶煤2 老顶 岩层名称 泥硅质砂岩 中砂岩 泥煤互层 细粉砂岩 厚度 (m) 80 8 2 16 体积模量 (Pa) 1.1e10 1.1e10 1e10 1.1e10 剪切模量 (Pa) 5.5e10 5.5e10 5e9 5.5e10 密度 (kg/m3 ) 2400 2500 1800 2500 内摩擦角 Ф（°） 35 35 26 35 内聚力 C(Pa) 1e6 1e6 5e5 1e6
02工作面采空区60m，西邻43上06工作面采空区，
东临43上04工作面采空区，南部距切眼180m处为43
-1工作面采空区，500.4m处为 43 05-2工作面采 05 上 上
空区。
故现场平面示意图
43上06 （综放）
46岩石集中轨道巷
冲击位置
四号提斜
4306轨道顺槽
14302运输
99.07.02开采
2000
C
1600 2000
B
B冒顶区
1700
A
A冒顶区
2500
7200 2000 4306切眼 切眼停头位置 4305轨顺
综掘机 转载机
28000
刮板运输机
2000
C冒顶区
6800 68100
16000
5300 6000 6000
掘进迎头 冒顶处
距4305运顺巷中 124.9m
43上05切眼导硐冲 击地压破坏情况
43上05 回采工作面
北 边 消 界 火 轨 道 道 巷
冒顶区域
43上05 回 采 面 切 眼
60m
切眼导峒
西皮上山 通向北翼
43上05运输顺槽 45岩石集中运输巷
二号提斜
溜煤
四号提斜
43上04 （分层综放）
43上04 综 采 面 切 眼
43上05工作面平面位置图
01.11.01开采
东滩矿“2005.1.3”冲击地压事故基本情况
巷道冲击矿压破坏与强弱强结构控制
高明仕
教授
中国矿业大学
2013年8月
主讲人简介

1992年7月获中国矿业大学采矿工程专业学士学位，在 煤矿一线工作8年后重新考入中国矿业大学攻读硕士， 2006年7月获得博士学位，博士学位论文《冲击矿压巷 道围岩的强弱强结构控制机理研究》获2007年江苏省 优秀博士学位论文。
统计表明：冲击矿压总量的85%发生在回采工作面的两道顺槽，
因此可以说，有冲击矿压危险巷道的支护是冲击矿压研究的主要内
容之一。冲击矿压的发生具有突发性、瞬时性（震动）、巨大破坏 性，要完全靠支护来防治冲击矿压对巷道造成的破坏就目前的手段 还距离较远。对于冲击矿压，最好是避免、排除它的发生。但是， 鉴于目前对冲击矿压震源机理认识还不是很清楚，预测预报冲击发
43上06 综 放 面 切 眼
43上05轨道顺槽 43上05-2(南） 工 作 面 停 采 线 一 分 层 停 采 线
85m
掘进迎头
掘进迎头
143上02 （分层综采）
一分层：93.01.03～93.11.01 二分层：00.03.12～00.10.24
68.1m
顺槽
97.04.16停采
94.03.21停采
6·19事故位置
8·06事故位置
华丰煤矿冲击矿压事故
1996年4月27日， 1407（1）工作 面过上阶段采区 煤柱期间在上平 巷发生2.9级冲 击地压，造成10 人重伤、1人轻 伤，损坏巷道 100余米，工作 面停产3天。
大巷 基本运输 第四水平
透
置 面位 工作
1407面
H= 2. 5∠ 35 °