“煤炭行业卓越工程师”专题 | 潘俊锋研究员：煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性

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本论文创新点

冲击地压矿井煤层大直径钻孔卸压防冲方法使用率100%，实践表明，如此高依赖度下防冲失败概率较大。本文指出过去对煤层大直径钻孔卸压防冲原理研究，从不同侧面起到了积极作用，但基本都是从静力学角度开展的研究，实际上煤炭开采过程中，煤岩体不仅受到静载荷影响，还会由于地层空间结构发生变化，受到开采扰动影响，上覆岩层运移、回转以及垮落产生动载荷，煤层大直径钻孔卸压作用缺乏动载荷作用研究。此外，在动静载荷作用下，煤层大直径钻孔如何对外界动载荷做出防冲响应，以及是否存在极限性，鲜有报道。本文为了探索煤层大直径卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压效应，采用理论分析、实验室实验以及数值模拟等综合方法，开展了煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。

题目

煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性

作者

潘俊锋^1,2，马宏源^1,2，贺海鸿³，闫耀东^1,2，马小辉³，马文涛^1,2

单位

中煤科工开采研究院有限公司
煤矿灾害防控全国重点实验室冲击地压室
陕西彬长矿业集团有限公司

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摘要

冲击危险性巷道围岩遭受外界动载荷扰动，常常导致冲击地压发生。为了探索煤层大直径预卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压作用，采用理论分析、实验室实验以及数值模拟等综合方法，开展煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。结果表明，大直径钻孔卸压区内的煤体形成弱结构，增大了衰减动载的能力，降低了冲击发生的可能性。低动载扰动下，孔洞裂隙扩展，声发射累计事件随着扰动周期增加呈上升趋势；较高动载扰动下，钻孔煤样损伤破裂程度加剧，声发射事件以高能量为主。随着动载能级和扰动周期增加，应力集中区、弹性高能区与钻孔之间的距离缩短，影响范围增大，围岩运动趋势增强，弹性能集聚程度增加；在低动载能级扰动下，钻孔发挥耗能卸压防冲的作用，能够维护围岩的稳定性，在高能级动载扰动驱动下，大直径钻孔防冲失效，钻孔孔壁易发生动力失稳破坏，造成围岩失稳。总体上大直径卸压钻孔存在弱化结构，能够耗能减冲，降低动载扰动程度，但在高能、高频动载扰动下，卸压钻孔围岩运动趋势增强，破裂响应程度剧烈，防冲效能存在极限性。

作者简介

潘俊锋

研究员

博士生导师

潘俊锋，博士，研究员，博士生导师，国务院政府特殊津贴专家。入选国家“万人计划”领军人才；国家百千万人才工程，被授予有突出贡献中青年专家称号。《煤矿安全规程》、《防治煤矿冲击地压细则》、《防治煤矿冲击地压细则监察指导手册》、《陕西省防治煤矿冲击地压规定》、国家标准等主要起草人。现为煤矿灾害防控全国重点实验室副主任，中国煤炭科工集团一级首席科学家，中煤科工开采研究院总工程师，兼任中国煤炭学会煤矿动力灾害专委会副主任，中国矿山安全学会冲击地压与岩爆专委会副主任，国家安全生产专家组专家，中国岩石力学与工程学会岩石动力学专委会委员，中国煤炭学会岩石力学与支护专委会委员。

研究方向

主要从事冲击地压、矿井岩层控制与安全高效开采方面研究工作

主要成果

主持了大量冲击地压矿井灾害预防与复工复产项目，成果应用于全国 14 个矿区，取得了显著的社会与经济效益。1项成果获国家科技进步二等奖，9项成果获省部级科技进步奖一等奖。发表科技论文70余篇，出版专著1部，参编著作4部。授权发明专利20余项。主持或参与制定冲击地压国家、行业标准、规定等12项。

曾获“孙越崎青年科技奖”；煤炭工业“杰出青年科技工作者”称号；中国岩石力学与工程学会“青年科技奖”；全国杰出工程师青年奖。专注于冲击地压系统性研究20余年，首创煤矿冲击地压物理过程分解研究，揭示了冲击地压三阶段物理过程，深化了冲击地压概念；提出了冲击地压启动理论（F5000），首次将冲击地压机理、监测与防治关联并统一起来，提高了冲击地压防治精准度；以诱发冲击启动动静载荷源为靶点，主持开发了分源监测、分源防控技术与装备，通过大量现场实战应用，建立了适用矿井全生命周期的冲击地压启动理论与分源防治成套技术体系（F5000）。

引用格式

潘俊锋，马宏源，贺海鸿，等. 煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性[J]. 煤炭科学技术，2024，52（9）：137−149.

PAN Junfeng，MA Hongyuan，HE Haihong，et al. Dynamic load response law and limit of pressure relief drilling for coal seam prevention and control of rock burst[J]. Coal Science and Technology，2024，52（9）：137−149.