内容简介
《采动巷道冲击地压力构协同防控技术》从深部厚硬顶板采动巷道工程应力环境和围岩结构特征出发，构建深部厚硬顶板采动巷道工程地质结构模型，利用大尺寸煤岩试样对比分析高低位厚硬顶板不同破断位态组合下采巷道受力特征，分析采动巷道厚硬顶板结构破断与围岩受力失稳时空响应关系，探讨采动巷道冲击失稳结构控制机制，建立以区段煤柱侧向厚硬岩层破断结构优化和围岩应力控制为核心的深部采动巷道冲击地压力构协同防控技术体系，对指导深部冲击地压防控具有重要理论价值。
目录
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“岩石力学与工程研究著作丛书”序
“岩石力学与工程研究著作丛书”编者的话
前言
第1章 概述 1
1.1 研究背景及意义 2
1.2 国内外研究现状 5
1.2.1 采动巷道形成机制及顶板破断特征研究现状 5
1.2.2 采动巷道围岩控制理论与技术研究现状 9
1.2.3 冲击地压机理及防治技术研究现状 10
第2章 典型厚硬顶板采动巷道矿压显现特征及围岩稳定性评价 15
2.1 典型厚硬岩层采动巷道矿压显现特征 15
2.1.1 矿井基本概况 15
2.1.2 采动巷道围岩动压显现特征 18
2.1.3 采动巷道围岩松动圈发育特征 28
2.1.4 采动巷道围岩应力分布特征 35
2.1.5 采动巷道区段煤柱应力分布特征 45
2.2 上覆厚硬顶板采动巷道围岩结构特征及力学参数 50
2.2.1 顶板岩层结构特征及力学参数 50
2.2.2 煤层结构特征及力学参数 55
2.2.3 底板岩层结构特征及力学参数 58
2.3 上覆厚硬岩层采动巷道围岩稳定性评价 58
2.3.1 采动巷道稳定性影响因素分析 58
2.3.2 采动巷道稳定性综合评价 59
第3章 采动巷道厚硬顶板侧向不同断裂位置对区段煤柱受力特征试验研究 61
3.1 现场采样及试样加工制备 61
3.1.1 现场采样 61
3.1.2 试样加工制备 62
3.2 试样装置及试验方案设计 63
3.2.1 试样装置设计 63
3.2.2 试验方案设计 64
3.3 试验结果分析 68
3.3.1 散斑变形及测点应变特征分析 68
3.3.2 高位顶板回转倾角分析 75
3.3.3 煤柱受力状态分析 78
第4章 采动巷道厚硬岩层运动特征及结构破断力学分析 82
4.1 采动巷道上覆厚硬岩层运动特征及来压机理分析 82
4.1.1 采动巷道低位厚硬岩层结构及运动特征 82
4.1.2 采动巷道高位厚硬岩层结构及运动特征 83
4.1.3 采动巷道上覆厚硬岩层侧向倒直梯形区形成过程 83
4.1.4 采动巷道区段煤柱侧向厚硬岩层倒直梯形区应力传递机制 85
4.2 采动巷道区段煤柱侧向厚硬岩层结构破断形式 87
4.2.1 高位厚硬岩层侧向结构破断分析 87
4.2.2 低位厚硬岩层侧向结构破断分析 95
4.2.3 采空区顶板断裂形式及煤柱受力分析 96
4.3 采动巷道侧向厚硬岩层结构破断对区段煤柱稳定性影响及卸压判据 102
4.3.1 采动巷道区段煤柱侧向厚硬岩层结构破断模型 102
4.3.2 不同破断结构形式下区段煤柱极限强度计算 103
4.3.3 基于煤柱稳定性的*优侧向破断位态分析及其卸压判据 106
第5章 采动巷道结构优化及应力控制技术研究 114
5.1 采动巷道侧向顶板断裂结构优化与围岩应力控制 114
5.1.1 采动巷道结构优化防冲原则 114
5.1.2 采动巷道应力控制防冲原则 117
5.2 采动巷道侧向顶板断裂结构控制技术 122
5.2.1 深孔顶板定向水压致裂力构防控技术 122
5.2.2 深孔顶板预裂爆破力构控制技术 152
5.3 采动巷道围岩应力优化防控技术 178
5.3.1 采动巷道吸能让压卸支耦合支护技术 178
5.3.2 深孔断底爆破应力阻隔技术 185
5.3.3 大直径钻孔卸压技术 192
第6章 采动巷道冲击地压力构协同防控工程实践 202
6.1 采动巷道围岩应力特征及侧向厚硬岩层破断位置实测 202
6.1.1 311103工作面概况 202
6.1.2 311103工作面矿压显现情况 203
6.1.3 煤矿11盘区地应力实测 211
6.1.4 311103工作面应力状态实测 215
6.1.5 采动巷道侧向厚硬岩层破断位置实测 218
6.2 深孔顶板预裂爆破防冲技术实践 221
6.2.1 深孔顶板预裂爆破参数设计 221
6.2.2 深孔顶板预裂爆破防冲效果检验 226
6.3 深孔顶板定向水压致裂防冲技术实践 232
6.3.1 深孔顶板定向水压致裂参数设计 232
6.3.2 深孔顶板定向水压致裂防冲效果检验 236
6.4 深孔顶板预裂爆破与定向水压致裂对比分析 241
6.5 大直径钻孔卸压防冲技术实践 244
6.5.1 大直径钻孔卸压参数设计 244
6.5.2 大直径钻孔卸压防冲效果检验 246
参考文献 251
试读
第1章概述
煤矿冲击地压是采掘工作面、井下巷道以及煤柱硐室等周围煤岩体在采动影响下积聚在内部的高弹性应变能突然、剧烈地释放而诱发的动力破坏现象，发生时多造成帮部煤岩体的抛出、顶板的错动下沉或底板瞬间底鼓、巷道内的瓦斯异常涌出等，所产生的剧烈震动和挤压空气形成的气浪往往会造成生产设备倾倒侧翻、巷道堵塞和人员伤亡，具有突发性强、破坏性大的特点，给煤矿安全生产和矿工生命安全造成了较大威胁。
冲击地压是一种地下采矿工程中常见的动力灾害，人类*早有关冲击地压的记录发生在1738年的英国斯塔福德郡南区煤矿，距今已有280多年的历史，期间世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击地压的威胁，记录到的冲击地压有3万多次[1]。南非于1915年建立了专门针对煤与金属矿山动力失稳矿山冲击的委员会。波兰于20世纪60年代对冲击地压开展研究，其提出的冲击倾向性试验和煤岩体声学监测等方法至今仍被广泛应用。德国主要从冲击地压的防治方面出发，提出了钻孔卸压法等手段。我国对冲击地压的研究是从20世纪60年代开始的。煤炭工业部在1980年颁布了一部适应中国煤炭工业发展、符合煤矿安全生产实际情况的《煤矿安全规程》[2]。全国性的煤矿冲击地压调研工作于1985年完成。煤炭工业部于1987年颁布实施了《冲击地压煤层安全开采暂行规定》[3]，其中包括冲击地压预测和防治试行规范。进入21世纪后，随着我国煤矿安全监察监管体制的改变和对煤矿冲击地压的重视，在2004年修订的《煤矿安全规程》[4]中，增设了10条关于冲击地压煤层冲击倾向性鉴定、预测和防治的规定，对指导煤矿冲击地压的防治起到了积极的作用。
2005年科技部设立了“十一五”国家科技支撑计划课题“深部开采煤岩动力灾害多参量识别与解危关键技术及装备”，*次在973计划项目中设立有关煤岩动力灾害的项目，在这期间，冲击地压研究工作得到了重视和认可。同时，2010年和2011年，科技部相继批复了“煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究”和“深部煤炭开发中的煤与瓦斯共采理论”两个973计划项目。2016年修订的《煤矿安全规程》[5]将冲击地压防治提升到一个新的高度，由之前的10条相关内容表述提升至一个*立章节进行规范。2018年，国家煤矿安全监察局发布了《防治煤矿冲击地压细则》[6]，进一步将冲击地压的界定分类、监测预警、区域和局部防治技术以及安全防护等方面进行了系统规范。2010～2020年，《冲击地压测定、监测与防治方法》（GB/T25217）系列国家标准[7-20]的出台，标志着我国在冲击地压管理和冲击地压防治的法律法规体系基本建成。
1.1研究背景及意义
煤炭作为全球赋存*为丰富的化石能源，推动着世界工业的发展和人类文明的进步。BP Statistical Review of World Energy2020[21]指出，煤炭在世界一次能源结构中的主导地位未来30年不动摇。2019年中国能源消费及增长分别占全球的24%和34%，是世界上*大的能源消费国。随着全球工业一体化及人与自然协调发展的需求增加，近年来中国的能源结构调整持续改进，但富煤、少气、贫油的能源赋存结构和稳定性差、波动强的新能源供给特点，决定了未来我国能源生产消费依旧以煤炭为主的格局不会改变[22]。
深部开采已成为目前煤炭资源开发的发展趋势[23]。深部复杂的工程地质构造环境、较高的工程地质应力环境和大范围高强度集约型开采所引起的工程地质扰动使得冲击地压、顶板大面积来压以及煤与瓦斯等煤岩动力灾害愈加凸显，其发生频度和强度明显增加。截至2023年底，我国国有大中型矿山中有1281对突出矿，160余对冲击地压矿井[24]。据不完全统计，2008～2018年，仅我国东部地区就发生重特大冲击地压事故达17起。2018年10月20日，山东龙郓煤业有限公司龙郓煤矿1303泄水巷掘进工作面附近发生重大冲击地压事故[25]。2019年6月9日和8月2日，吉林龙家堡矿业有限责任公司龙家堡煤矿和河北开滦集团有限公司唐山矿业分公司唐山煤矿先后发生冲击地压事故[26]。2020年2月22日，山东新巨龙能源有限责任公司龙堌煤矿-810水平二采区南翼2305S综放工作面上平巷发生一起较大的冲击地压事故[27]。2021年10月11日，陕西彬长矿业集团有限公司胡家河煤矿402104工作面回风顺槽超前支架向外10m范围内因冲击地压发生局部冒顶事故[28]。尽管多年来由于煤矿生产技术水平的提升以及安全管理重视程度的提高，我国煤炭百万吨死亡率由9.713（1978年）下降至0.094（2023年），但煤矿顶板事故48%的发生率，仍占据煤矿五大典型灾害之*，而冲击地压恰恰是顶板事故的主要类型之一，已成为影响我国煤矿安全生产和矿区人民正常生活的严重灾害[24]。
我国主要成煤时期分别为石炭纪、二叠纪和侏罗纪。其中，以“燕山运动”为标志地质构造运动的侏罗纪时期形成煤田*多，储量*丰富，主要分布在山西、山东、陕西、内蒙古、新疆等地区，如东胜煤田、大同煤田、彬长黄陇煤田等[29]。西北地区侏罗纪煤是大型河流相和湖泊相沉积体系下
