2024-05-08
（1）在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上，提出了导致冲击地压发生的四类客观主控因素：煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造，三类人为主控因素：煤柱、采空区及采掘卸荷。（2）在客观主控因素方面，煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性；开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈二次正相关关系；坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”；地质构造对冲击地压的影响显著，断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”；煤层变薄区超前支承压力呈“双峰值”分布，高能区能量快速释放造成冲击影响范围扩大。（3）在人为主控因素方面，煤柱作为高应力集中区，其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度；采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放，尤其是在采高较大、顶板冒落不充分的情况下；采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”，引发煤体内弹性应变能的大量释放，是造成冲击地压的重要外因条件。（4）不同矿区冲击地压孕灾主控因素及影响程度具有差异性，要对矿井、采区及工作面冲击地压孕灾主控因素及影响程度进行分别判识，实施从降能、释能、阻能、抗能递进式的治理手段，是冲击地压治理工程必由之路。作者：谭云亮1 ，张修峰2 ，肖自义3 ，范德源1 ，尹延春1 ，陈 洋2 ，刘学生1单位：1. 山东科技大学 能源与矿业工程学院; 2. 山东能源集团有限公司; 3. 国家矿山安全监察局山东局冲击地压是聚积在巷道围岩或回采工作面周围煤岩体中的能量突然释放而造成的动力灾害。近些年来冲击地压灾害屡屡发生，如2018年山东能源集团龙郓煤业发生的21人死亡冲击地压事故，2019年吉林煤业集团公司龙家堡煤矿发生的9人死亡冲击地压事故，2019年开滦集团有限责任公司唐山矿业分公司井下发生7人死亡冲击地压事故，冲击地压灾害防治形势十分严峻。事实上，冲击地压孕灾机理研究一直是学术界关注重点之一。近些年来，我国冲击地压防治机理探讨也百花齐放、百家争鸣，提出了“三准则”理论、系统失稳理论、“三因素”理论、“弱化减冲”理论、“冲击启动”理论、冲击地压扰动响应失稳理论、动能诱冲理论等。另一方面，考虑地质条件、顶板特性及采掘工程部署，解剖不同类型冲击地压，并进一步针对不同类型前兆信息，采取针对性的监测与卸压措施，已经成为防冲工作的重要组成部分。然而，由于冲击地压孕灾影响因素多且复杂，如地质环境、开采条件日趋复杂性，导致采动应力与覆岩自重应力、构造应力相互叠加，在动静载组合作用下，易诱发大采深重力型冲击型、坚硬顶板型冲击型、构造型冲击型、采动与构造耦合型冲击型、煤柱应力集中型等不同类型的冲击地压灾害；并且多种类型并存或相互叠加，使得工程判识不易量化。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中，首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素。影响冲击地压的影响因素分析，是有效进行防冲的前提。吕大钊把矿井掘进期间冲击地压发生主要影响因素归结为煤层冲击倾向性、开采深度、褶曲和断层构造、巷道布置以及底煤厚度；王业常等认为应当考虑冲击地压开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板岩层结构特征、煤层厚度及变化特征、构造特征、开采技术因素以及组织管理等因素；而魏来等则认为矿井冲击地压主要影响因素为煤层倾角、开采工艺、开采深度、顶板岩层的结构特点、地质构造等。笔者经过2021—2022年期间参加山东省组织的全省近百次冲击地压矿井“双专双查”工作发现，众多的冲击地压影响因素中，煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造4类客观主控因素和煤柱、采空区及采掘卸荷3类人为主控因素。随着我国煤矿逐步向深部开采转移，冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中，首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素，并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上，提出了导致冲击地压发生的4类客观主控因素：煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造，以及3类人为主控因素：煤柱、采空区及采掘卸荷，并对各主控因素对冲击地压孕灾的力学机制进行了分析讨论。在客观主控因素方面，煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性；开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈正相关关系，是冲击地压发生的必要条件；坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”；地质构造对冲击地压的影响显著，对于断层构造而言，断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”；煤层变薄区等效弹性模量变大，超前支承压力呈“双峰值”分布，使得冲击影响范围扩大。在人为主控因素方面，煤柱作为高应力集中区，其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度；采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放，尤其是在采高较大、顶板垮落不充分的情况下；采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”，引发煤体内弹性应变能的大量释放，是造成冲击地压的重要外因条件。在此基础上，对山东新汶、山东鲁西、内蒙古鄂尔多斯、陕西彬长、新疆和甘肃等矿区冲击地压孕灾主控因素差异性，进行了对比分析，强调按层次对矿井、采区和工作面进行冲击地压主控因素及其影响程度判识重要性，构建了从降能、释能、阻能到抗能的冲击地压治理工程路径。
图 1 不同围压条件下砂岩应力−应变曲线
图 2 2006—2022 年冲击地压事故采深统计
图 3 巷道开挖卸荷瞬态
图 4 顶板破断诱发矿震与冲击地压冲击示意
图 5 坚硬顶板应变能积聚特征
图 6 坚硬顶板断裂后能量释放机制示意
图 7 新巨龙煤矿“2·22”冲击地压事故区域
图 8 逆断层卸荷回弹能量变化
图 9 2004 年木城涧煤矿逆断层活动诱发冲击地压事故
图 10 煤岩组合力学模型示意
图 11 不同煤层厚度下应力比变化曲线
图 12 煤厚变异区开采能量传递示意
图 13 2009 年古城冲击地压事故
图 14 支承压力分布模拟结果
图 15 空间煤柱−岩层联动破坏失稳
图 16 采空区顶板能量积聚特征
图 17 不同塑性区宽度 Rp、进尺 Δl 动能变化
图 18 冲击地压防治层次
图 19 冲击地压防治工程技术路线
谭云亮，男，1964年生，博士、教授、俄罗斯工程院外籍院士、首批国家百千万人才工程入选者、国务院政府特殊津贴专家、国家安全生产专家、中组部联系专家、泰山学者攀登计划专家、煤炭行业科技创新领军人才；现为山东省矿山灾害预防控制重点实验室主任、山东省矿山空区治理与环境保护协同创新中心主任、山东省冲击地压防治智能化技术及装备工程实验室主任、教育部矿业类教学指导委员会委员；兼任中国矿山安全学会顶板防治专业委员会主任、中国力学学会理事、山东省力学学会副理事长、中国岩石力学与工程学会理事、山东岩石力学与工程学会副理事长、中国煤炭工业协会技术专家委员会委员；曾获山东省优秀科技工作者、山东省富民兴鲁劳动奖章、山东青年五四奖章、中国岩石力学与工程青年科技奖（金奖）、中国科教发展基金会孙越崎青年科技奖等荣誉。出版著作16部，公开发表学术论文270余篇，授权国内外发明专利67项，获得国家及省部级科技进步奖励45项。
研究方向
冲击地压防治、岩层控制、巷道支护
范德源，1994年9月出生，博士，学术教授。作为主要完成人参与国家级/省部级纵向项目7项、横向项目5项，经中国煤炭工业协会鉴定为国际领先水平2项、国际先进水平2项。发表学术论文20余篇，2篇入选ESI热点/高被引论文。参与制定能源行业标准1项，授权国内外发明专利16项（美国2项、日本2项）。研究成果获得青岛市自然科学一等奖、中国安全生产协会科技进步一等奖、中国职业安全健康协会一等奖奖等重要科技奖励10余项。
研究方向
矿山岩石力学、矿山压力与岩层控制
来源：
谭云亮，张修峰，肖自义，等. 冲击地压主控因素及孕灾机制[J]. 煤炭学报，2024，49(1):367−379.
责任编辑：宫在芹
