“矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践”专题

来源：《煤炭科学技术》2021年第6期

冲击地压是煤矿开采的典型动力灾害之一，经过70 余年的研究与攻关，我国从初期认识冲击地压阶段开始，经过冲击地压研究探索、冲击地压研究快速发展和冲击地压灾害新挑战等几个阶段，在冲击地压发生理论与防治技术上取得了诸多研究成果，初步建成了适合我国煤矿特色的冲击地压理论与技术体系。但随着我国煤矿开采深度的增加，冲击地压矿井数量和灾害危害程度显著增加。2018-2020 年，我国发生4 起重大、较大冲击地压事故，暴露出冲击地压防治形势依然严峻，治理任务十分艰巨，也必然促进冲击地压研究向更高的科学化研究阶段发展。冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术、冲击危险性评价方法、冲击地压防治技术、冲击地压巷道支护技术等仍需要进一步深入研究。

为认真贯彻落实2020 年8 月10 日国务院安全生产委员会“关于进一步贯彻落实习近平总书记重要指示精神坚决防范遏制煤矿冲击地压事故的通知” 要求，《煤炭科学技术》于2021 年第6 期策划出版“ 矿井冲击地压灾害防治技术及工程实践” 专题。共收到近20 个单位的50 余篇稿件，最终刊登14 篇具有代表性的论文，集中报道我国在冲击地压发生机理、冲击地压监测预警技术与平台、冲击地压巷道支护理论与技术、冲击地压灾害防治技术、矿震类型与属性等方面的最新科技成果。

衷心感谢各位专家学者为专题撰稿! 感谢评审专家对专题稿件的评审工作! 特别感谢辽宁大学、北京科技大学、中国矿业大学、辽宁工程技术大学、中国煤炭科工集团、国家能源集团、华北科技学院等单位给予的大力支持!

行业视野: 安全
类别; 46个
关键词; 71位
专家; 16篇
论文; 9119IP
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采动巷道矿压显现特征及力构协同防控技术研究

作者(Author)：赵善坤, 苏振国, 侯煜坤, 赵斌, 徐阳, 王宏伟, 莫云龙

摘要：以西北地区典型冲击地压矿井为工程背景，研究采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性，通过对典型厚硬顶板条件下重复采动巷道冲击地压显现特征及主控因素的分析，研究通过对西北地区深部典型厚硬顶板条件下重复采动巷道冲击地压显现特征及主控因素的分析，采用“点-面-区”相结合的方式对深部厚硬顶板采动巷道应力分布进行了探测，确定了回风巷冲击地压严重的主要原因为区段煤柱侧向覆岩结构破断和采动应力的叠加作用。提出冲击地压防治要从采动巷道围岩结构和应力环境双方面入手，通过调整采动巷道围岩应力环境，人为干预高低位岩层破断位态，增加高低位厚硬顶板破断所释放弹性能量的传递损耗，优化巷道围岩支护参数，提高工作面超前应力峰值附近巷道刚性支护系统瞬时吸能让压能力，并根据采场煤层赋存条件、围岩结构特征和应力环境不断改变的特点，动态调整各种措施的时空组合方式进而实现采动巷道的围岩稳定性控制。通过典型冲击地压工作面现场防冲实际，验证了采动巷道冲击地压力构协同防控技术的有效性，为西北地区深部厚硬顶板条件下采动巷道冲击地压防治提供理论指导。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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基于能量计算的冲击地压巷道三级吸能支护参数确定

作者(Author)：王爱文, 范德威, 潘一山, 代连朋, 肖永惠, 徐连满, 陈建强

摘要：煤矿冲击地压的工程治理主要集中体现在冲击地压启动前的“防”与冲击启动后的“止”，而如何依据冲击类型及能量特征设计吸能支护参数，有效地“止冲”对削弱冲击破坏程度具有重要意义。为实现冲击地压巷道吸能支护参数的量化设计，通过分析不同类型冲击地压释放的能量主体与破坏特征，指出了冲击危险巷道三级吸能支护方式的选择原则；基于能量守恒原理，考虑冲击释放能级、围岩破坏特征以及支护装备力学特性，给出了三级吸能支护参数的确定方法。研究结果表明：煤体压缩型冲击地压释能主体为煤体，释放能量一般不大于106 J；顶板断裂型冲击地压释能主体为顶底板围岩，坚硬顶板断裂时释放能量不低于106 J；断层错动型冲击地压释能主体为断层，释放能量在107 J以上。不同类型冲击地压发生后，巷道围岩表现出不同程度的震动破坏，吸能支护设计应遵循原则：冲击能量分级设防、锚杆锚索主动支护优先、全断面主-被动联合支护、巷道支护结构整体稳定性与经济性。进行防冲支护参数设计时应采用逐次递进法设计吸能锚索、吸能U/O型棚、吸能液压支架的支护参数，当吸能锚索支护间距小于0.8 m时，升级为二级吸能计算，当吸能U/O型棚的排距小于0.6 m时，升级为三级吸能计算。现场实践表明：基于能量法的巷道支护参数可靠，防冲效果显著。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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煤矿褶皱构造区冲击地压机理研究及防治实践

作者(Author)：曹安业, 薛成春, 吴芸, 王崧玮, 郭文豪

摘要：针对胡家河煤矿402103工作面褶皱构造区开采期间煤岩应力异常和强矿震事件频发问题，基于数值模拟和现场实测方法分析了褶皱构造区工作面回采期间顶板、煤层和底板的应力演化特征，探讨了褶皱构造区冲击地压发生机理。模拟结果表明：工作面开采至褶皱构造不同区域时，褶皱构造区垂直、水平应力场分布具有明显的分区特性；褶皱构造区工作面开采时，水平应力起主控作用，开采至背斜轴部区域时顶板围岩稳定性降低，开采至向斜轴部区域时底板围岩稳定性降低，开采至翼部区域时煤层稳定性降低；基于煤矿褶皱构造区冲击地压发生机理，制定了402103工作面巷道围岩系统的顶板、煤层定向爆破释能降载防治方案，卸压后日均微震总能量下降47.6%，日均微震总频次上升16.7%，有效降低了工作面冲击危险性。研究结果对煤矿褶皱构造区工作面开采动力灾害防范具有一定借鉴意义。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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孤岛工作面防冲安全开采论证方法研究与应用

作者(Author)：刘金海, 黄涛, 王悦平, 朱斯陶, 李乃禄, 刘虎, 董续凯

摘要：为便于执行《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》中关于开采冲击地压煤层孤岛煤柱应进行防冲安全论证的规定，提出一种孤岛工作面防冲安全开采论证方法，并进行工程应用。结果表明：孤岛工作面防冲安全开采论证包括冲击地压矿井属性论证，孤岛工作面冲击类型论证，孤岛工作面冲击危险等级评价，矿井防冲能力论证；依据煤层冲击倾向性鉴定结果和煤层冲击危险性评价结果论证煤层冲击地压属性，进而得到冲击地压矿井属性；对于冲击地压矿井，根据孤岛工作面支承压力分布论证冲击地压类型；在开展冲击危险因素排查和冲击危险性评价的基础上，计算防冲工程量；依据矿井防冲机构与人员配备情况、监测系统覆盖能力、卸压机具配备情况，论证矿井防冲能力；最后，综合冲击地压类型、冲击危险等级及防冲能力与防冲工程量之间的关系，得到能否保障安全开采的结论。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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煤矿静载型冲击地压地音监测预警技术

作者(Author)：王传朋

摘要：针对静载型冲击地压的地音监测预警问题，从实验室煤岩体试件全应力-应变曲线与声发射频次关系出发，分析了试件在原生裂缝闭合阶段、线弹性阶段、弹塑性变形阶段及应变软化阶段的声发射响应特征，阐释了煤矿静载型冲击地压地音监测预警原理，介绍了基于地音监测指标能量变化率PE、频次变化率PN的煤矿静载型冲击地压地音监测预警技术，建立了煤矿静载型冲击危险等级地音监测预警模型，探讨了该技术在煤矿现场应用的主要影响因素，设计了地音传感器井下合理的安装方式。以某矿205工作面运输巷掘进期间地音监测预警为例，分别以小时及工作班为基础单位，构建以地音事件频次偏差、能量偏差及持续时长为指标的静载型冲击地压危险等级地音监测预警模型。结果表明：①冲击煤岩体在原生裂缝闭合阶段和线弹性阶段产生少量地音事件，在进入弹塑性变形阶段到极限承载能力间会释放大量的地音事件，这一显著特征是静载型冲击地压的地音监测预警的理论依据；②采用巷道帮部注浆、全长锚固、隔音棉填充等辅助手段可有效降低本底噪声，提高信噪比；③区分生产班与检修班数据、建立施工信息共享机制可加强人工剔除生产干扰；④针对205工作面运输巷掘进施工，地音监测系统提前19 h预警。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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基于冲击地压⁃矿震协同控制的隔离煤柱合理宽度研究

作者(Author)：朱斯陶, 王博, 姜福兴, 张修峰, 孙希奎, 孙翔, 刘金海, 张爱民

摘要：针对陕蒙地区深部矿区工作面隔离煤柱宽度设计不合理导致冲击地压和矿震频发的现状，采用案例调研、理论分析和现场监测等方法,对隔离煤柱区冲击地压和矿震的发生机理及隔离煤柱合理宽度进行了研究。以近年来陕蒙深部矿区工作面在隔离煤柱区发生的3起典型冲击地压和矿震事件为工程背景，根据动力显现特征和诱发机理不同，将其分为煤柱局部破坏型冲击地压、煤柱整体失稳型冲击地压和煤柱区厚硬砂岩组破断型矿震3类。分别建立了采空区侧向支承压力估算模型、采空区转移应力估算模型、煤柱承载应力估算模型和关键层挠度弯曲变形力学模型，揭示了不同宽度隔离煤柱诱发局部冲击、整体冲击和矿震的机理。研究结果表明：2101工作面和2201工作面间隔离煤柱不发生局部冲击的宽度为5～6 m或不小于128 m；不发整体冲击失稳的宽度为不小于138 m；不发生矿震的宽度为498 m。在此基础上探讨了不同宽度隔离煤柱对冲击地压和矿震的影响，提出了基于冲击地压-矿震协同控制的合理隔离煤柱宽度设计方法，以期为陕蒙深部矿区相似条件工作面隔离煤柱宽度设计提供参考。

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煤炭科学技术

2021年第06期

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不同冲击倾向性煤单轴压缩下能量演化与损伤特征

作者(Author)：杨磊, 王晓卿, 李建忠

摘要：为了研究不同冲击倾向性煤单轴压缩过程中的能量演化规律与损伤特征，基于实验室冲击倾向性等力学参数测试，通过颗粒流数值程序PFC2D获取能够较真实反映煤样宏观力学特性的细观参数，模拟分析了不同冲击倾向性煤单轴压缩下的能量演化规律与损伤特征。研究结果表明：不同冲击倾向性煤的能量演化规律相似，峰值强度前，边界做功主要转化为应变能，耗散能、滑动能与动能的占比则非常小；峰值强度后，应变能快速释放，耗散能、滑动能与动能开始迅速增长。随着冲击倾向性的增强，应变能释放与动能增长速率显著增大，提出应变能释放比率与动能增长比率2个指标，发现应变能释放比率、动能增长比率与冲击倾向性指标中的单轴抗压强度、冲击能量指数以及弹性能量指数具有很好的相关性，可采用该指标来辅助评判煤样的冲击倾向性。峰值强度前不同冲击倾向性煤样内部微裂纹演化规律近似，峰值强度点后微裂纹急剧增长，增速与冲击倾向性呈正相关关系。基于裂纹萌生与体积应变曲线的确定方法，得出煤的起裂应力水平主要分布在44.18%～51.67%，损伤应力水平在89.04%～93.86%。强冲击倾向性煤样的起裂应力水平与损伤应力水平均高于弱和无冲击倾向性煤样，起裂应力水平与损伤应力水平从细观损伤力学角度解释了强冲击倾向性煤样易积聚高弹性应变能并产生脆性冲击破坏的能力。

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近直立特厚煤层冲击危险源辨识及控制研究

作者(Author)：林军, 杜涛涛, 刘旭东

摘要：为研究乌东煤矿南区近直立特厚煤层在特定区域冲击地压频发的原因，以五一煤矿、大梁煤矿的保护煤柱、大洪沟防洪渠保护煤柱、不同水平分层终采线形成的台阶结构等特定区域为工程背景，采用PASAT M便携式微震仪、ARAMIS M/E微震监测系统，开展近直立特厚煤层特定区域冲击地压致灾的动静载荷源辨识，得到了近直立特厚煤层引发冲击地压的静、动载荷源，针对冲击地压致灾的动载荷源，开展了近直立特厚煤层冲击地压分源控制实践。研究结果表明：特定区域是近直立特厚煤层冲击地压致灾的主要静载危险源，易引起煤体局部高应力集中； B2-B3煤层间岩柱活动是近直立特厚煤层冲击地压致灾的主要动载源，围岩活动产生的冲击致灾高能事件，70.4%发生在两煤层之间的岩柱中；采用煤体卸压爆破和煤层注水方法进行冲击静载荷源控制，通过多水平联合岩柱控制方法开展冲击动载荷源控制。实践表明：采取的分源控制方法有效降低了煤岩体应力集中和围岩活动强度，有效减少了近直立特厚煤层冲击地压灾害的发生频次。

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