我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治.pdf

第4 5 卷第1 1 期 2 0 2 0 年1 1 月 煤炭学报 J O U R N A L0 FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5 N O V ． N o ．1 1 2 0 2 0 移动阅读 朱斯陶，姜福兴，刘金海，等．我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 1 1 3 6 6 7 3 6 7 7 ． Z H US i t a o ，J I A N GF u x i n g ，L I UJ i n h a i ，e ta 1 ．T y p e s ，o c c u r c e n e cm e c h a n i s ma n dp r e v e n t i o no fo v e r a l li s t a b i l i t yi n d u c e d r o c k b u r s t si nC h i n ac o a lm i n e s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y 。2 0 2 0 ，4 5 1 1 3 6 6 7 3 6 7 7 ． 我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治 朱斯陶1 ’3 ，姜福兴1 ，刘金海2 ，马玉镇1 ，孟祥军3 ，张修峰3 ，姜亦武4 ，曲效成5 ，王保齐3 1 ．北京科技大学土木与资源工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室，河北三河1 0 1 6 0 1 ；3 ．山东能源集团 有限公司，山东济南2 5 0 0 1 4 ；4 ．兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿，新疆昌吉8 3 1 1 0 0 ；5 ．北京安科兴业科技股份有限公司，北京1 0 2 2 9 9 摘要整体失稳型冲击地压是近年我国深部煤矿开采过程中发生的一种新的冲击地压类型，其释 放能量和破坏性远大于常见的局部冲击地压。采用现场调查、理论分析、现场监测等方法，对我国 煤矿3 起典型整体失稳型冲击地压事故的工程特征和冲击显现特征进行分析，将当前我国整体失 稳型冲击地压分为孤岛工作面整体失稳型冲击地压、大巷煤柱整体失稳型冲击地压和底煤整体滑 移失稳型冲击地压3 类。分别建立了3 类整体失稳型冲击地压发生机理的力学模型，提出了3 类 整体失稳型冲击危险的评估方法和防治对策，揭示了3 类整体失稳型冲击地压的发生机理。其中 孤岛工作面整体失稳型冲击地压的发生机理为孤岛工作面上覆岩层自重和两侧采空区转移载荷叠 加形成的总应力超过了孤岛工作面整体承载能力时，孤岛．Y - 作面中部弹性整体失稳破坏诱发冲击 地压灾害；底煤整体滑移失稳型冲击地压发生机理为工作面超前支承压力超过底煤发生冲击和滑 移的临界应力时，底煤冲击和滑移同时发生，形成底煤整体滑移失稳型冲击地压；大巷煤柱整体失 稳型冲击地压发生机理为大巷煤柱在自重应力、构造应力和巷道开挖、卸压转移应力等叠加作用下 应力高度集中，当应力集中程度超过煤柱整体承载能力时，煤柱中部弹性核发生整体失稳冲击，导 致煤柱两侧大巷均发生严重冲击破坏。由于我国深部矿井开采条件复杂，实际生产过程中还会遇 到很多具有隐蔽性的整体失稳型冲击类型，因此在现场冲击地压防治工作中，需要加强对这些隐蔽 性整体失稳型冲击风险的判识和防治工作。 关键词整体失稳型冲击地压；孤岛工作面；底煤；大巷煤柱 中图分类号T D 3 2 4文献标志码A 文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 1 1 - 3 6 6 7 1 l T y p e s ，o c c u r c e n e cm e c h a n i s ma n dp r e v e n t i o no fo v e r a l li s t a b i l i t y i n d u c e dr o c k b u r s t si nC h i n ac o a lm i n e s Z H US i t a 0 1 ⋯，J I A N GF u x i n 9 1 ，L I UJ i n h a i 2 ，M AY u z h e n l ，M E N GX i a n g j u n 3 ，Z H A N GX i u f e n 9 3 ， J I A N GY i w u 4 ，Q uX i a o c h e n 9 5 ，W A N GB a o q i 3 1 ．S c h o o lo fC i v i la n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．H e b e iS t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e D i s a s t e rP r e v e n t i o n ，N o r t hC h i n aI n s t i t u t eo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B e i f i n g 1 0 1 6 0 1 ，C h i n a ；3 ．S h a n d o n gE n e r g yG r o u pC o m p a n yL i m i t e d ，J i n a n2 5 0 0 1 4 ， C h i n a ；4 ．L i u h u a n g g o uC o a lM i n e ，Y a n k u a n gX i n j i a n gM i n i n gC o ．，L t d ．，C h a n g f i 8 311 0 0 ，C h i n a ；5 ．B e i j i n gA n k eX i n g y eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yC o ．， L t d ．，B e l t i n g1 0 2 2 9 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti san e wt y p eo fr o c k b u r s ti nt h ep r o c e s so fd e e pc o a lm i n i n gi n 收稿日期2 0 2 0 0 8 0 3修回日期2 0 2 0 0 9 1 8 责任编辑常明然D O I 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．2 0 2 0 ．1 2 9 8 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 9 0 4 0 1 7 ，5 1 8 7 4 1 3 3 ；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 F R F T P 一2 0 0 0 2 A 2 作者简介朱斯陶 1 9 9 0 一 ，男，湖北荆州人，讲师，硕士生导师。E m a i l z h u s i t a o u s t b ．e d u ．C 1 1 通讯作者刘金海 1 9 8 2 一 ，男，河南扶沟人，副教授，博士。E - m a i l j h L i u l 9 8 2 1 6 3 ．c o m 万方数据 3 6 6 8 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 C h i n ai nr e c e n ty e a r s ，a n di t sr e l e a s e de n e r g ya n dd e s t r u c t i v e n e s sa r ef a rg r e a t e rt h a nt h ec o m m o nl o c a lr o c kb u r s t ．B y u s i n gt h em e t h o d so ff i e l di n v e s t i g a t i o n ，t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n df i e l dm o n i t o r i n g ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ee n g i n e e r - i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dr o c k b u r s ta p p e a r a n c ef e a t u r e so ft h r e eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ta c c i d e n t s i n C h i n a ’Sc o a lm i n e s ，t h eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti nC h i n ai Sc l a s s i f i e di n t ot h r e ec a t e g o r i e s ．n a m e l yt h e0 一 v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti ni s l a n dw o r k i n gf a c e ．t h eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti nm a i nr o a d w a y a n dt h eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti nb o t t o mc o a l ．R e g a r d i n gt h o s et h r e et y p e s ，t h em e c h a n i c a lm e c h a n i s m m o d e l so ft h r e et y p e so fo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s tw e r ee s t a b l i s h e d ．T h e n ，t h er o c k b u r s tr i s ka s s e s s m e n t m e t h o da n dp r e v e n t i o nc o u n t e r m e a s u r e so ft h r e et y p e so fo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s tw e r ep r o p o s e d ．F i n a l l y ， t h em e c h a n i s mo ft h et h r e et y p e so fo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s tw a sp r e s e n t e d ．T h eo c c u r r e n c em e c h a n i s mo f t h eo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s ti nt h ei s o l a t e dw o r k i n gf a c ei st h a tw h e nt h et o t a ls t r e s sf o r m e db yt h es u p e r - p o s i t i o no ft h es e l fw e i g h to ft h eo v e r l y i n gs t r a t aa n dt h et r a n s f e rl o a do nb o t hs i d e so ft h eg o a fe x c e e d st h eo v e r a l l b e a r i n gc a p a c i t yo ft h ei s o l a t e dw o r k i n gf a c e ，t h eo v e r a l li n s t a b i l i t yf a i l u r eo ft h ee l a s t i cc o r ei nt h em i d d l eo ft h ei s l a n d w o r k i n gf a c ei n d u c e st h er o c kb u r s td i s a s t e r ．T h eo c c u r r e n c em e c h a n i s mo ft h eo v e r a l ls l i d i n gi n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k ． b u r s ti nb o t t o mc o a li St h a tw h e nt h ea b u t m e n tp r e s s u r eo ft h ew o r k i n gf a c ee x c e e d st h ec r i t i c a ls t r e s so fr o c k b u r s ta n d s l i po fb o t t o mc o a l ，m e a n w h i l ei n c u r r i n gt h er o c k b u r s ta n ds l i po fb o t t o mc o a l ，f o r m i n gt h ew h o l es l i d i n gu n s t a b l er o c k - b u r s to fb o t t o mc o a l ．T h em e c h a n i s mo fo v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s to fm a i nr o a d w a yc o a lp i l l a ri St h a tt h e s t r e s so fm a i nr o a d w a yc o a lp i l l a ri sh i g h l yc o n c e n t r a t e du n d e rt h es u p e r p o s i t i o no fs e l fw e i g h ts t r e s s ，s t r u c t u r a ls t r e s s ， r o a d w a ye x c a v a t i o n 。a n dp r e s s u r er e l i e ft r a n s f e rs t r e s s ．e t c ．W h e nt h es t r e s sc o n c e n t r a t i o ne x c e e d st h eo v e r a l lb e a r i n g c a p a c i t yo fc o a lp i l l a r ，t h ee l a s t i cc o r ei nt h em i d d l eo ft h ec o a lp i l l a rw i l lh a v ea no v e r a l li n s t a b i l i t yi m p a c t ，l e a d i n gt o s e r i o u si m p a c td a m a g eo nb o t hs i d e so ft h ec o a lp i l l a r ．D u et ot h ec o m p l e xm i n i n gc o n d i t i o n si nd e e pm i n e s ，av a r i e t y o fc o n c e a l e do v e r a l li n s t a b i l i t yr o c k b u r s t sc a nb ef o u n dd u r i n gt h em i n i n gp r o c e s s ．T h e r e f o r e ，t op r e v e n tr o c k b u r s t s ，i t i sn e c e s s a r yt os t r e n g t h e nt h er i s ki d e n t i f i c a t i o na n dp r e v e n t i o no fs u c hc o n c e a l e do v e r a l li n s t a b i l i t yr o c kb u r s t s ． K e yw o r d s o v e r a l li n s t a b i l i t yi n d u c e dr o c k b u r s t ；i s l a n dw o r k i n gf a c e ；b o t t o mc o a l ；m a i nr o a d w a yp i l l a r 冲击地压是我国煤矿当前面临的主要动力灾害 之一L l q j 。随着开采深度不断增加和开采条件复杂 化，煤矿开采过程中冲击地压显现次数逐渐增 多H 。5J ，并陆续发生大显现和破坏范围的冲击地 压 笔者定义为“整体失稳型冲击地压” 。与常见的 局部冲击地压主要发生在采掘工作面支承压力影响 范围内、显现于巷道顶板、底板、两帮不同∞J ，整体失 稳型冲击地压主要发生在孤岛工作面开采、大巷煤柱 区域等，造成工作面煤壁与上下平巷大范围严重破 坏一。10 。。整体失稳型冲击地压是指开采工作面煤壁、 底煤或煤柱中部弹性承载区在高应力作用下的冲击 失稳。以大巷煤柱冲击地压为例，常见的大巷煤柱局 部冲击是指煤柱在自重应力、构造应力和巷道开挖转 移应力等叠加作用下导致局部煤体应力超过冲击临 界应力诱发冲击，但大巷煤柱中部弹性核区域尚处于 稳定状态；对于深部大巷煤柱，其在自重应力、构造应 力和巷道开挖转移应力等叠加作用下应力高度集中， 当应力集中程度超过煤柱整体承载能力时，煤柱中部 弹性核发生冲击失稳，导致整个大巷煤柱发生冲击破 坏，由于煤柱弹性核区域煤体处于三向应力状态，其 释放的能量和破坏性远大于局部冲击地压。 我国学者对冲击地压机理⋯一纠进行了大量研 究，并提出了针对性的防治对策，但以上研究大多是 针对局部冲击地压的发生机理和防治，对于整体失稳 型冲击地压发生机理和防治研究较少。笔者在分析 几起整体失稳型冲击地压事故案例的基础上，采用现 场调查、理论分析和现场监测等方法，根据工程特征 和冲击地压显现特征，对整体失稳型冲击地压进行分 类，研究各类整体失稳型冲击地压的发生机制，并提 出防治对策，以期为我国煤矿整体失稳型冲击地压防 治提供参考。 1 我国煤矿整体失稳型冲击地压事故案例 1 ．1 孤岛工作面整体失稳型冲击地压概况 山东赵楼煤矿1 3 0 5 工作面是该矿井一采区第6 个综放工作面，北为回采完毕的1 3 0 4 工作面 终采时 间2 0 1 1 1 2 - 2 5 ，南为回采完毕的1 3 0 6 工作面 终 采时间2 0 1 3 0 1 2 4 和1 3 0 7 工作面 终采时间 2 0 1 5 - 0 7 2 5 ，1 3 0 5 工作面属于孤岛工作面，平面位 置如图1 所示。1 3 0 5 工作面平均埋深为9 8 0m ，煤层 承载能力和集聚弹性能能力最强，一旦发生冲击失稳倾角平均3 。，回采煤层厚度2 ．8 ～9 ．0m ，平均6 ．1m ， 万方数据 朱斯陶等我【司煤矿整体失稳型冲．| 二地压类型、发生机理及防治 3 6 6 9 单轴抗压强度为2 2 ．4M P a ，煤层结构简单，容 重1 3 ．6k N ／m 3 ；工作面走向长度5 7 4 ，n ，倾斜宽度 1 3 7m ，采用走向长壁后退』I 综采放顶煤一次采全高 采煤法。经煤岩冲击倾向。F t - ．鉴定，该1 二作面回采3 煤 层具有强冲击倾向性，顶板具有弱冲。旨倾向一H - ， ㈥1 1 3 0 5I 作| 】_ i l 、l 王l 『I i 位代 F i g ．1 P h m ep o s i t i o l lo f1 ．W 1 3 0 5 2 0 1 5 0 7 2 9 ，l3 0 5I - f l ；面运输巷推进6I l l ，【山风 巷推进0 ．7 5n l 时，T 作面发牛一起，哐再冲击地压事 故，如图2 所示。，事故破坏性如下①回风巷超前 1 5 ～6 0I l l 两帮最大移近瞳3H I ，底臌瞳0 ．5 ～1 ．0I l l ， 局部断面趋近闭合，破坏单体支柱1 4 棵；②运输巷 超前4 0I l l 范围内译体弯曲、折断3 8 棵，钢棚垮落1 3 架，崩断锚杆 索 1 2 根；③工作面内6 0 ～8 0 号支架 向后最大位移1 ．0m ，煤壁煤块大量抛入架内，支架 前梁和护帮板千斤顶损坏3 2 棵，采煤机和刮板输送 机被冲击损坏，| 1 造成3 人受伤。 q I ．、 ’ 弋_ 薹l ■袋譬＼、．一 籀赢 j 瀛曳 3 隧I 慢r ＼一 劁2冲I 旨地雁‘j } 故现场照片 1 1 | i g ．2 l ’h o t O So fr o c k1 u 1 ．s ta c c i d e n tscene 1 ．2 大巷煤柱整体失稳型冲击地压 1 1 I 东能源肥矿集团梁宗寺煤矿3 5 0 0 0 采区煤层 平均埋深约10 2 0m ，煤层平均厚度6 ．5m ，采区3 条 大巷均布置在煤层中，大巷问距为5 0m 图3 ，经冲 ．旨倾m 陛鉴定，开采煤层具有强冲击倾向性，煤层平 均甲．轴抗』丘强度约为2 0M P a 。2 0 1 6 0 8 1 5 T 0 0 3 3 ， 3 5 0 0 0 采Ⅸ发生一起严重的冲i 抒地压事故，破坏巷道 约3 0 01 1 1 ，如图4 所示。微震定位结果表明，震源位 f3 5 0 0 0 采区集中同风巷和集中运输巷之问，微震能 瞳为5 ．5 4 x 1 0 0J ，I I I 东地震台网测定该次事故震级为 2 ．1 级，微震震源位置与正在开采的3 5 0 0 1 工作面枉j 距3 7 91 1 5 1 根据课题组在梁宝争煤矿多个工作面微 震雌测结果，工作面采动影响1 5 0 ～2 0 0m ，远小于事 故地点与1 - 作砸i 距离3 7 9I l l ，表明事故与工作面了1 二采 尤明显关联。 图33 5 0 0 0 采f x l 平m r i g ．3 l ’l a no t3 5 0 0 0n f i n i n gL I I e o ． 图4『i f l ．1 i 地』K t J ；敢脱场} { I { 片 p l i g ．4 P h o t o s ‘ fr o c kb u r s la P ’i d e n tH 。e I l e 1 ．3 底煤整体滑移失稳型冲击地压 黑龙江龙煤集团峻德煤矿三水平l7 层一段分 层综采[ 作面四I 采七分层，设计采高4I ／1 ，煤层平均 厚度11 ．2I l l ，倾角2 9 。～3 2 。，埋深5 8 4m 。煤层直 接顶为厚度5 ．2 ～1 4 ．9n ，的粉砂岩，摹本顶为厚度 l2 ．0 ～5 5 ．21 1 1 中粗砂岩，底板为厚度4 ．5 ～5 ．5m f t , 3 粉砂岩、1 1 作面l 二方有遗翩煤柱4 处，其中11 层 煤遗留煤柱1 处，9 层煤遗留煤柱3 处，煤柱位置如 图5 所示。，2 0 1 3 0 3 ～5 ] 二作听推进7 6 61 1 1 时发生 冲击地压事故，导致T 作面底煤冲出将采煤机、刮 板输送机和液压支架损坏，j 作【面外侧5 0I l l 刚风 巷和6 0I l l 运输巷发生底煤冲击将巷道闭合，如图6 所示。根据事故现场凋研分析，诱发冲．缶地压的主 要力源因素有L 层煤遗留煤柱、本层区段宽煤 柱 2 3 ．6 - ，1 和构造应力影响，恫岩破坏形式主要是 工作面和巷道底煤冲j k 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 } 冬I5 ‘辟放I f 1 ；面F 面 F i g ．5 P l a no fr o c k b t I Is t ／J C i d e n tW O I ’k i n gf a t 图6[ 作I 面底煤冲击现场照片 F i g6 1 h o t o so lb o t t o m 【’ 1 a li J t ’k b t u s t1 1 1 、㈨l k i n gf a c ‘P 根据【二述3 起典型繁体失稳型冲击地』卡的[ 程 特征羽I 冲。h 显现特征，可将当前我国犍体失稳型”p , - t ； 地压分为孤岛工作面整体失稳型冲击地』f i 、火巷煤柱 整体失稳J _ I 冲击地压和底煤整体滑移失稳型冲。抒地 压3 类。 2 3 类整体失稳型冲击地压发生机理 2 ．1 孤岛工作面整体失稳型冲击地压发生机理 2 ．I ．I 孤岛l 作面覆岩结构分类 孤岛j 1 作面发譬i 整体失稳型冲击地压的主要原 因在于两侧采空区传递的载荷超过厂孤岛I 作面煤 柱的承载能力，导致孤岛煤柱发生整体冲击失稳。由 于孤岛工作面两侧采窄区的范围和覆岩运动情况将 直接影响采空区传递至孤岛工作面的载衙大小，根据 孤岛一J 作而两侧采空Ⅸ的采动情况，叮将孤岛工作而 分为两侧均为非充分采动顶板纠i 构、一侧非充分、一 侧充分采动顶板结构和两侧充分采动顶板结构，建j 孤岛】i 作面覆岩结构模型如图7 所示。 由图7 可知，对于非充分采动条件下孤岛] _ 作面 采宅区传递载荷为上覆悬顶彳层重量} 的一半；对于允 分采动条件下孤岛工作面采卒区传递载荷为悬顶爿 梁结构重f 垂的一、净。 2 ．I ．2 孤岛L 作面支承』再力估算 孤岛工作面承担载荷Q 为煤层至地表彳层的r I 重q 和两侧采宅I 蔓传递载荷Q 。，Q 二的总和，H | 】 一f 飞／Q I 2＼ ＼毒／＼莲’ 毫 ＼／＼ ＼f＼勰a 盼．| ＼／至1 y 蚤、人口＼肛争斗≤中々々吼』 雌剐K y y y n 々爿 厶D 三二 a 孤岛I 作Ⅲ两侧I f - 充分采动覆 结构 ＼ Q l 千乍卜～斗／／1 V f ＼互／I ～广广一L 遗 ＼ 』l 二茹王4 ＼f＼；i 如 生≤；2 ＼／计‘兮＼人a＼纪之C ．蚤嚣0 ‘毛黾[ Ⅳ，b 刊糙々牛o ““‘俐 L ． D工 c 瓜％I ”I f l i 阳删允分永￡∞授7 俐i f j J ￡，￡二孤一l 岛] f 1 ’I 斫I 哪f 【| 1 0 采。一I x 赶j 堑h 】， 一孤- 妈1 ．作I f l I i * t i t 9 [ I ] 采。H 并垮落带l 1 b 嫂H 煤l , ．i - J ‘I _ 莱D 一孤岛I 作㈨宽J 堑 A ，I ，r M 孤一1 H I f i , t f t f i g t 乐。剐x 怂丁_ j 17 m Ⅵ3 度“一7 』z 移动『f 】 m ，一一允分采动条件l 、地投剐最阿扛7 层最人1 、沉K 瞍 Q 1 ，Q 两侧采。H 传递争孤一l 功1 ．作㈣‘内载t 刚7孤岛工作面糕岩2 ，‘i 构模型 F i g ．7 O v e r b m ‘d e l ls t l l I I ’t u J ’Pm o d e lo fi s o l a t e dw o r k i n gf a 。e Q q Q l Q 1 孤岛工作面上覆岩层的自重q 可表示为 q D H c o td T H 2 式中，7 为岩层容重。 1 两侧均为非充分采动顶板结构载荷估算。 孤岛工作面两侧均为非充分采动顶板结构时，采空区 传递载荷Q 。，Q 分别为 Q ． 旭㈠ i t t i h , ”m 卜等 2 2 3 4 网侧均为非冗分米动时圳n 哟1 2 f l 回取珥的载何 Q 芋[ 2c 。墙o t 舢州㈠ 等 小 警 ] ㈩ 2 一侧非充分、一侧充分采动顶板结构载荷俐i 算。孤岛I L 作面一侧| E 充分、一侧充分采动顶板结构 时．采窄以‘传涕载荷0 ，』．j 式 3 相M ．0 ，为 万方数据 朱斯陶等我n 4 煤矿整体失稳型冲。{ j 地压类型、发q i { J L 理及防治 2 詈cH 吐，卜字 瓮 ㈩ 一侧I E 充分、一侧充分采动| | 寸孤岛l 作面承担的 思、1 1 飘x - I I 叫 ．为 Q 予m 一灿mM I 卜等 cH 吐，卜字 豢 ] ㈩ 3 两侧充分采动顶板结构载荷估算。孤岛工 作面两侧充分采动顶板结构时，其承担的总载荷为 Q y [ 。一日c ㈨Id H H 一 卜字 豢 ] ㈦ 2 ．1 ．3 孤岛工作面整体冲击失稳危险性评估 当孤岛J 作嘶煤体的承载能力小于上覆岩层自 重和采窄Ⅸ岩层传递载荷时，可认为工作面煤体具有 发生整体冲击失稳的叮能。据此建立孤岛工作面煤 体承载能，7 计算模犁．如图8 所爪， 【一f ，，hJ ， l 【仃。J ll 』l 』ll [ 仉] mT _ 丌 } 孟叠网0 王 - 3 臣貔 。刖 “巷逆览度；6【刈蛩煤柱宽度，一巷帮卸压保护带深度 D 一孤．‘黔l 1 1 q l d ‘础J f [ 仃] 一煤层t 弘轴抗1 1 l 泓艘； ，7 一深部煤层实际，船成系数 I 刳8 I 干1 丽煤仆取载能／『J 计算模J 利 F i g ．8 C a l c u l a l i o nm o d e lo fc o a lb e a , i n gc a | a c i t yi n W O ] ’k i n gf a c e 考虑到工作而回采前需对巷帮煤体进行大直径 钻孔预卸瓜，因此钻孔卸J f i 区内煤体处于单向应力状 态，其强度为单轴抗压强度；而工作面中部煤体处于 二向应力状态，其强度为I I 向抗压强度。据此建辽_ [ 作面煤体承载能力与实际承担载荷的关系 Q 2 A 盯。] n [ D 一2 f “ b ] [ 盯，] 9 由式 9 可推导出深部煤体实际承载系数为 胪矿熹‰10UD 2ab n2 i i _ J 一 ，’ 1 盯，【 、7 孤岛工作面中部煤体处于二三向应力状态，研究 表明1 6 ，煤体三轴抗压强度约为单轴抗压强度的 3 ～5 倍，本文计算时取平均值4 倍作为评价是否发 生整体失稳型冲击的标准。为r 确定T 作面煤体 发生整体失稳冲击的可能性，提出工作面发生整体 失稳型冲击的可能性指数肛与煤层实际承载系数r t 的函数关系 肛2 雕篡 ㈩， 根据课题组在多个冲击地压矿井的工程经 验1 1 ”，将工作而发生整体失稳型冲击的危险性划分 为4 个等级，如图9 所示。3 。{ 肛 0 ～0 ．5 ，l 0 ～2 时，I 作面无整体失稳冲击危险；当／x 0 ．5 0 ～ 0 ．7 5 ， _ 2 ～3 时，工作面具彳f 弱整体失稳冲击危险； 当肛 0 ．7 5 ～1 ．0 0 凡 3 ～4 时，工作而具有中等整 体失稳冲击危险；当肛 1 ，t 4 时，工作面具有强整 体失稳冲击危险。根据现场工程经验，当工作面发生 整体火稳型冲击的可能性较川、时 肛 1 ．5 [ 盯．] ；② 工作面超前应力峰值大于底煤滑移的极限承载力，即 盯。。、 ％。当满足以上2 个条件且q 。 1 ．5 [ o r 。] 时，则 底煤冲击和滑移同时发生；q 。 7o f 13 0 5w o r k i n gf o c e 5 0m a W l t rf r mw ”k i n gf a c e 8 3 ．2 ．1 改变大巷布置层位 目前我国矿井大巷大部分布置在煤层中，深部冲 击地压矿井煤层大巷掘进L 作面一般都具有冲击危 险，掘进叫‘必须采取卸压措施确保掘进安全，但卸压 后导致大巷煤柱弹性核宽度减小，应力集中程度升 高，增加煤柱整体失稳型冲击危险 图1 4 a ；如果 通过加深卸压钻孔直接破坏煤柱弹性核，大巷煤柱承 载能力下降又带来同岩大变形问题。通过改变大巷 层位，将目前矿井常用的3 条煤层大巷调整为l 条岩 巷2 条煤巷／半煤岩巷布置方式 图1 4 b ，煤层／半 煤岩大巷采取防冲措施后大巷煤层还能保持长期稳 定。 以梁警寺煤矿3 5 0 0 0 采区煤层大巷为例，将 3 5 0 0 0 采区3 条煤层大巷改变为l 条岩巷2 条煤层 大巷后，经汁算大巷煤柱整体失稳型冲击的可能性指 数，由2 ．8 7 降低至0 ．9 9 ，整体冲击失稳危险等级f } t 强降低至弱，大幅降低了煤柱应力集中程度和冲击危 险性。 3 ．2 ．2 加强大巷煤柱监测预警 由于大巷四周，f 采条件的变化会导致大巷煤杜 应力集中程度和冲击危险性发生变化，因此对于具有 万方数据 朱J U rb ‰J 等我【q 煤矿整体失稳J 州} l I I 击地胍类型、发生机理及防治 3 6 7 5 a 3 条煤』。人巷前i 置办式 b 17 j l2 媒J ，人巷们挖万式 图1 4 大巷不旧层位斫j 嚣方式示意 F i g ．I4L a y o u to fd i f f e r ’e n tl a y e l ’So fm a i nr o a d w a ．v 弱～中等整体冲击失稳危险性的大巷煤柱，还需对大 巷煤柱采取监测预警措施，当大巷煤柱应力增幅达到 预警值时，及时采取卸压解危措施。 赵楼煤矿深部七采区煤层大巷均安装了课题组 研发的深井大巷煤柱冲击地压监测预警系统 图 1 5 ，通过对大巷煤层稳定性实时监测预警并及时采 取防冲措施，保障了深部大巷煤柱的长期安全稳定。 图1 6 煤l 咎卸压钻孔防治底煤整体滑移失稳，鼢h 斤示意 F i g ．1 6S c h e n m t i c ’d i a g r ‘a l l lo fC O d ] w a l lp t ’e S S U l l el ‘e l i e [ ’d r i l l i n gf o l ‘ p r e v e n t i o na l l dc o n t t l o lo fo v e l ’a l ls