深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究_苏承东
关于煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究
严格的监管。并且，对煤柱展开实时的监测。针对钻孔应力 观测技术而言，在具体的运用过程中，能够将煤矿采掘的整 个过程清晰地显示出来，也可以对现场存在的危险区域进行 精准地分析，明确存在的各类危险因素，尤其是对卸压等危 险措施，能够具有较为良好的成效。
[3] 张绍忠，张振国，刘长水.开滦煤炭深部开采冲击地压发生 规律与监测技术研究[J].河北煤炭,2019, 000 (002): 12-15.
[4] 潘俊锋，齐庆新，刘少虹，等.我国煤炭深部开釆冲击地压特 征、类型及分源防控技术[J].煤炭学报,2020, 45 (01): 111-121.
【作者简介】
通常情况下，采掘扰动后，围岩聚集能量的特征主要可 以体现在两个方面。一方面，因为矿山具有较大的压力，并 且压力会重新地进行分布，围岩内会聚集非常多的能量，然
后随着不断的改变而进行逐步地释放，为围岩造成了不同程 度的冲击影响，最后使得围岩遭到了严重的干扰和破坏。另 一方面，对围岩聚集弹性造成了较大的损坏，并逐步地释放 出驱动力，致使围岩的深部出现了速变的情况，当达到一定 程度之后，会被高应力所干扰和阻碍。一般而言，由于受到 深度的干扰，致使区域应力集中会出现增大的现象。通过深 层次的研究可以明确，支撑压力峰会随着岩深度而出现不同 程度的阻碍，同时峰值也会在很大程度上得到提高。
【参考文献】
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基于微震监测的综采面冲击地压防治技术研究
２１１０３ 回风巷 呈 现 出 宏 观 上 围 岩 破 碎、 大 变 形, 微 观 上 微 震 各 能 级 事 件 丛 集 现 象. 针 对
２１１０３ 回风巷设计采用由上至下分源治理措施,降低了 ２１１０３ 回风巷冲击危险程度,确保了
２１１０３ 工作面的安全回采.
关键词 微震监测 空白包络 冲击地压 分源治理 冲击危险程度
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活动主要分布在工作面以南 (采空区侧)２００ m 至
工作面以北 ４００ m 范围,其中工作面以南５０ m 至
工作面以北 ３００ m 为微震活动频繁区域.
图 ４ ２１１０３ 工作面微震事件沿工作面走向分布规律
２１１０３ 工作面 以 南 ５０ m 以 外 采 空 区 基 本 顶 已
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深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用
第 54 卷第 6 期2023 年 6 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.6Jun. 2023深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用孙晓明1, 2，姜铭1, 2，赵文超1, 2，缪澄宇1, 2，张勇1, 2，郭波1, 2(1. 中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京，100083；2. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京，100083)摘要：针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题，以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。
首先，依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征；其次，采用理论分析与数值模拟等综合研究手段，揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理；第三，基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson's ratio)长、短锚索耦合控制机理，提出了以NPR 长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术；最后，通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。
研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征；巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足；本文提出全断面“NPR 长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。
现场工业性试验中，NPR 支护段较普通支护段围岩变形减小300~500 mm ，NPR 锚索受力最终稳定为340 kN 左右。
高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形，为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。
关键词：深埋软岩巷道；揭煤段；高预应力；NPR 长、短锚索；开挖补偿力学效应中图分类号：TD353 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）06-2282-16High prestressed constant resistance coupling support technologyand its application in deep-buried soft rock roadwaySUN Xiaoming 1, 2, JIANG Ming 1, 2, ZHAO Wenchao 1, 2, MIAO Chengyu 1, 2, ZHANG Yong 1, 2, GUO Bo 1, 2(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining andTechnology(Beijing), Beijing 100083, China;2. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing),Beijing 100083, China)Abstract:The study was conducted to address the challenge of controlling rock deformation during the excavation收稿日期： 2022 −08 −10； 修回日期： 2022 −11 −02基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51874311，51904306)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022YJSSB03) (Projects(51874311, 51904306) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2022YJSSB03) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：张勇，博士，高级工程师，从事巷道支护与无煤柱开采技术研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.06.018引用格式： 孙晓明, 姜铭, 赵文超, 等. 深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(6): 2282−2297.Citation: SUN Xiaoming, JIANG Ming, ZHAO Wenchao, et al. High prestressed constant resistance coupling support technology and its application in deep-buried soft rock roadway[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(6): 2282−2297.第 6 期孙晓明，等：深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用process of deep-buried soft rock roadway in the uncovering coal section, and the 1790 return air stone gate of the Shiyakou Coal Mine was used as the research site. Firstly, the deformation and failure characteristics of the uncovering coal section of the roadway were analyzed and determined through on-site engineering geological investigation and measurement analysis. Secondly, comprehensive research methods were employed, such as theoretical analysis and numerical simulation, to reveal the mechanisms that lead to large deformation and failure of the uncovering coal section in the deep-buried soft rock roadway. Thirdly, a high prestressed constant resistance coupling control technology was proposed, using NPR(negative Poisson's ratio) long and short anchor cables as the core. This technology was developed based on the excavation compensation mechanical effect and the coupling control mechanism of the anchor cable. Finally, the rationality of the proposed scheme was verified through numerical simulation. The results show that the roadway exhibits significant rock deformation, supporting structure failure and high maintenance costs. The instability and failure of the roadway are attributable to low strength and severe fragmentation of the surrounding rock, insufficient support strength, and lack of coupling of the original support structure. The study presents a control scheme and parameters consisting of "NPR long and short anchor cables+bottom corner grouting anchor rods+inverted arch". In the on-site industrial test, the NPR support section decreases the rock deformation of the ordinary support section by 300−500 mm and the final stable force of the NPR anchor cable is approximately 340 kN. The high prestressed constant resistance coupling support scheme can effectively manage the significant deformation of the surrounding rock in deep-buried soft rock roadway, providing a new support method for controlling the surrounding rock in the uncovering coal section.Key words: deep-buried soft rock roadway; uncovering coal section; high prestressed; NPR long and short anchor cable; excavation compensation mechanical effect大量煤矿经过数十年的开采，浅部资源日益短缺，资源开采逐渐转往深部[1−2]。
动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术
动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。
统计表明,大部分冲击地压发生在回采巷道中。
目前,针对冲击地压的研究主要集中发生机理、预测预警和解危措施方面。
由于冲击地压发生机理的复杂性,影响因素的多样性,发生地点的不确定性,已有的研究成果并不能完全避免冲击地压的发生。
作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。
对于动载冲击地压巷道,锚固承载结构不仅承受较大静载,还受到频繁动载的扰动,其冲击破坏机理与静载巷道不尽相同。
本文以开采深度大、采动应力高、受顶板动载扰动,且煤岩层具有冲击倾向性等综合特征的义马矿区冲击地压巷道为工程背景,采用现场实测、实验室试验、理论分析及数值模拟相结合的方法,围绕动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏特征、破坏机理以及控制技术开展了系统研究。
论文取得的主要研究成果如下:(1)开展了义马矿区冲击地压巷道地质力学测试和典型冲击破坏实例实测分析,总结了动载冲击巷道冲击破坏特征和原因。
结果表明:义马矿区动载扰动冲击地压巷道冲击破坏特征主要表现为:(1)巷道围岩瞬时变形量大;(2)巷道底鼓严重;(3)变形破坏程度和震源能量正相关;(4)冲击破坏之前,巷道围岩缓慢变形严重;(5)锚杆支护体系严重失效。
冲击破坏后的巷道表现为围岩节理、裂隙扩展贯通,强度和完整性弱化,锚固系统锚固性能(锚固力、预紧力)降低,锚固界面粘结劣化失效,锚杆产生塑性变形,杆体内部晶粒扭曲、畸变,晶粒产生剪切、滑移,晶粒被拉长,金相组织紊乱,抗拉强度、延伸率和冲击吸收功普遍降低。
巷道冲击破坏的主要原因为:高原岩应力和采动应力叠加形成的高静载应力集中、坚硬顶板脆断形成的动载扰动、巷道围岩“外碎内脆”的结构特性以及锚杆支护参数不合理导致的锚固承载结构承载能力低。
(2)建立了动静载联合作用下回采巷道数值模型,采用数值模拟方法分析了动载扰动作用下巷道锚固承载结构动载响应特征及冲击破坏演化过程。
深部高应力冲击危险性厚煤层冲击地压防治技术
深部高应力冲击危险性厚煤层冲击地压防治技术朱春华;夏永学;冯美华【摘要】通过前期研究,龙家堡煤矿冲击地压发生的主要原因为煤层具有冲击倾向性、采深大、水平应力高、断层活化和煤柱留设不合理.针对这一条件,认为顶板卸压不能显著降低冲击危险,设计了以煤层卸压爆破为主的卸压方案,并采用PASAT-M弹性波CT探测系统对合理的爆破孔长度进行了分析,确定了爆破孔长度为20m.通过钻屑法和煤体应力监测验证了煤层卸压爆破具有良好的煤层卸压效果.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2014(019)002【总页数】5页(P104-107,12)【关键词】高应力;冲击地压;影响因素;煤层卸压;效果检验【作者】朱春华;夏永学;冯美华【作者单位】吉林省煤业集团,吉林长春130000;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD324.2深部煤炭资源是我国21世纪主体能源的战略保障，我国已经探明的深度在1000m以下的煤炭储量达到2500Gt。
随着开采深度的不断增加，华东、华北、东北主要产煤地区数十个大型矿井深度接近或超过千米。
在深部开采条件下，围岩应力高，开采条件更加复杂，导致冲击地压矿井的数量和发生的强度都大大增加，深部煤矿冲击地压灾害已经成为安全高效开采面临的重大难题［1］。
龙家堡煤矿位于吉林省九台市，为吉林省第一座现代化矿井，产量为3Mt/a。
目前开采区域采深大都超过1000m，最大控制采深1450m。
开采地质条件较为复杂，属于典型水平构造应力场。
直接顶为泥岩，厚度为5～30m，性脆易冒落。
基本顶为灰绿色凝灰岩及砾岩，平均厚度30m，平均单轴抗压强度为36.3MPa，属于中等坚硬偏软岩层。
底板由相对较软的粉砂和泥岩组成。
冲击地压微震能量监测预警技术研究与探讨
第3期㊀山西焦煤科技㊀No.32021年3月㊀㊀Shanxi Coking Coal Science &Technology㊀㊀Mar.2021㊀㊃问题探讨㊃㊀㊀收稿日期:2021-01-17基金项目:国家自然科学基金项目(51874292);山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室开放项目(鲁煤研开(2020)005号)作者简介:杨增强(1987 ),男,山西长治人,2018年毕业于中国矿业大学(北京),讲师,主要从事矿山压力与岩层控制㊁冲击地压等方面的研究,(E-mail)iceiceice185@冲击地压微震能量监测预警技术研究与探讨杨增强,李丰硕,任长乐(江苏建筑职业技术学院交通工程学院,江苏㊀徐州㊀221116)㊀㊀摘㊀要㊀为了研究埋藏较深的煤炭资源开采期间所面临的冲击地压显现难题,对典型的4种冲击地压从动静载叠加诱发冲击机理的角度进行了分析,并指出不同诱因的冲击地压的监测预警均可从能量的角度入手,防止因弹性应变能积聚过高而诱发冲击显现㊂通过对比传统监测与预警分析和优化后监测与预警分析关于微震能量分布演化规律情况,指明优化后监测与预警分析方法能够很好地对能量事件平均化分布集中区进行监测,并能实时分析集中区的演化规律以及其中能量的集中程度状况,起到了事前对冲击显现位置监测预警的效果㊂关键词㊀冲击地压;动静载;微震能量;监测与预警中图分类号:TD324㊀文献标识码:B㊀文章编号:1672-0652(2021)03-0004-04㊀㊀近些年,随着煤炭资源开采深度的逐年增大,出现了很多千米深井,尤其对于开采历史较为悠久的东北㊁山东㊁河南等地区,煤层开采深度普遍较大,这也导致开采期间将会面临更大的地应力影响㊂同时,由于地下条件的复杂多变,不仅面临高地应力威胁,同时还会伴随有断层构造㊁褶曲构造㊁覆岩特征㊁开采布局等因素的叠加影响[1-4].因此,有必要针对埋藏较深的煤层开采期间面临的冲击地压显现等难题进行监测预警研究,提前采取卸压防治措施,为深井煤炭资源的安全高效开采提供安全保障㊂1㊀典型冲击地压诱发机理井工开采期间,根据采掘位置空间上的相对关系以及地质构造的影响情况,可以将诱发冲击地压的原因归纳为典型的4种情况,见图1.基于动静载叠加诱发冲击地压机理可知,冲击地压是由静载荷(σj )和动载荷(σd )共同叠加作用下发生的㊂其中,静载荷(σj )又可以分解为水平方向静载荷(σx )和垂直方向静载荷(σy ).由此可知,图1a)所示的煤柱型冲击地压主要诱发因素为开采导致护巷窄煤柱体内承载较高的垂直方向静载荷图1㊀典型的4种冲击地压诱发机理模型图(σy ),此时窄煤柱体受较高的垂直方向静载荷作用而处于临界屈服状态,当采掘活动引起一定程度的轻微动载荷扰动,窄煤柱体将会发生瞬间失稳破坏而诱发冲击动力显现㊂图1b)所示的构造型冲击地压主要诱发因素为褶曲地质构造引起的水平方向静载荷(σx ),此时采掘空间周围煤体受较高的水平方向静载荷作用而处于临界屈服状态,当采掘活动引起一定程度的轻微动载荷扰动,采掘空间周围煤体将会发生瞬间失稳破坏而诱发冲击动力显现㊂图1c)所示的断层型冲击地压主要诱发因素为断层地质构造引起的动载荷(σd),此时采掘空间邻近断层开采致使断层活化而形成剧烈动载扰动,此时采掘空间周围煤岩体内若积聚有较高的静载荷,采掘空间周围煤体将会发生瞬间失稳破坏而诱发冲击动力显现㊂图1d)所示的顶板型冲击地压主要诱发因素为上覆厚硬顶板破断引起的动载荷(σd),此时采掘空间周围煤岩体内若积聚有较高的静载荷,将会在动载扰动下诱发冲击动力显现㊂综上所述,从动静载叠加诱发冲击动力显现的角度可知[5],煤柱型和构造型冲击地压的诱导因素为静载荷为主,动载荷为辅;而断层型和顶板型冲击地压的诱导因素为动载荷为主,静载荷为辅㊂基于诱发冲击显现的能量判据准则,当采掘周围煤岩体内积聚的弹性应变能高于其发生失稳破坏所需的最小弹性应变能时,煤岩体将会瞬间失稳诱发冲击显现,其表达式:U jd =(σj+σd)22EȡU min(1)式中:Ujd 动静载叠加作用下采掘空间周围煤岩体内积聚的弹性应变能大小,kJ;U min 采掘空间周围煤岩体瞬间失稳破坏所需最小弹性应变能大小,kJ;E 采掘空间周围煤岩体的平均弹性模量,MPa.可见,对于不同诱因的冲击地压的监测预警均可从能量的角度入手,实现对于采掘空间周围煤岩体内积聚弹性应变能较高的区域及时采取措施,防止因弹性应变能积聚过高而诱发冲击显现㊂2㊀微震能量监测预警技术近些年,随着微震能量监测预警技术在矿山企业的推广应用,具有冲击地压危险的矿井基本均安装有相配套的微震监测系统㊂微震能量监测预警体系的数据收集㊁传输与分析见图2.由图2可知,冲击地压矿井现场安装的井下矿山微震灾害监测系统能够实时地将井下采掘活动中产生的微震能量信号收集起来,并对数据进行初步㊁实时的分析,初步对井下作业环境的安全情况进行判定㊂后续收集到的微震能量信号将会通过专用互联图2㊀微震能量监测预警体系图网络传输至矿山地震远程监测与研究中心,再分类传输至相关专业分析人员处,通过对数据的汇总分析,提出相应的预警措施,并将信息反馈给矿山企业㊂可见所构建的微震能量监测预警体系能够实现数据的远程分析,进而能够实时针对矿山开采期间存在的安全隐患进行针对性㊁专业性的分析,为矿山企业安装微震能量监测系统的高效利用奠定了基础㊂3㊀微震能量监测与冲击预警分析3.1㊀传统监测与预警分析方法以鹤煤集团某矿为工程背景,通过该矿井内安装的微震检波器实现对于煤层开采活动期间煤岩体破裂所产生的弹性应力波的接收㊂该矿井内目前正在开采的四水平1号工作面周围的微震检波器布置情况见图3.1号工作面开采期间,于2016年10月15日发生了一起严重的冲击地压事故,造成了服务巷道大范围严重的破坏㊂关于 10.15 冲击地压事故发生前采用传统方法监测的微震能量演化规律见图4.由图4可知,传统方法监测的微震能量分布演化规律不明显,只能通过微震检波器对开采活动期间煤岩体破裂所产生的弹性应力波进行接收和常规的定位计算,最终确定每一次煤岩体破裂时微震能量事件的大小和位置,所获得的监测结果存在分析困难㊁难以精准识别危险区等问题㊂图4只对微震能量大于102J的事件进行了统计,其中图4a)所示10月10日的微震能量事件不大于103J,整体微震能量事件较小㊂图4b)所示10月11日的微震能量事件中存在3㊃5㊃2021年第3期杨增强等:冲击地压微震能量监测预警技术研究与探讨㊀图3㊀微震检波器布置平面图图4㊀传统方法监测的微震能量分布演化规律图次在104J 范围内的中等强度微震能量事件,但紧随着图4c)所示10月12日的微震能量事件中并无在104J 范围内的中等强度微震能量事件继续增加的趋势㊂图4d)所示10月13日的微震能量事件中又出现1次在104J 范围内的中等强度微震能量事件㊂后续图4e)所示10月14日的微震能量事件中又出现2次在104J 范围内的中等强度微震能量事件,在104J 范围内的中等强度微震能量事件存在继续增加的趋势㊂图4f)所示10月15日的微震能量事件中存在2次在105J 范围内的高强度微震能量事件,并伴随有10.15 冲击地压显现的发生㊂由上述 10.15 冲击地压事故发生前的每日微震能量事件分布演化规律看不出较明显的规律性,微震能量事件分布主要集中于1号工作面回采位置前方,最终因为10月15日的2次高强度微震能量事件影响而于工作面回采位置前方超前段巷道内诱发冲击地压事故㊂对于事故原因的分析可知,这次冲击显现属于图1b)所示的构造型冲击地压(此时工作面回采位置位于向斜构造影响区),其诱发因素主要以静载荷为主,动载荷为辅㊂可见,采用传统方法监测的微震能量分布演化规律对于冲击地压发生所起到的监测预警效果较差,难以实现对于冲击危险区域的识别目的,并且对于微震能量后续的分布演化规律也不易判定,适合事后分析事故原因而不适用于事前监测预警㊂3.2㊀优化后监测与预警分析方法针对传统监测与预警分析方法存在的诸多缺陷,提出将能量平均化分布来提高微震能量分布演化规律的辨识度㊂关于对能量进行平均化分布的过程,可根据Frankel 等基于空间光滑地震活动性模型采用点源进行地震危险性分析的理念,将震源简化为点源,并以定位误差作为统计滑移半径,其数值由定位误差数值仿真方法计算获得[6].关于微震能量事件平均化分布的计算模型见图5.由图5可知,针对微震能量事件平均化分布计算模型,以任一微震能量为中心点划分网格,假设网格各节点之间的距离为S ,以定位误差作为统计滑移半径的大小为r ,则相应的尺寸条件应该满足下式:㊃6㊃山西焦煤科技2021年第3期图5㊀微震能量事件平均化分布计算模型示意图S 2()2+S 2()2ɤr 2(2)㊀㊀变换不等式可知:S ɤ2r(3)㊀㊀其相应的核心计算公式:ρj =lgðt i ɪ(t 0,t 1]E tiS j+ðt i ɪ(t 1,t 2]E tiS j+ +(ðt i ɪ(t n -2,t n -1]E tiS j+ðt i ɪ(t n -1,t n ]E tiS j)(4)式中:ρj 第j 区域的累积能量密度,即采场统计区域之一,lg(J /m 2);E ti 在(t n -1,t n ]时间间隔内发生在统计网格单元中的微震总能量,J;S j 统计区域的面积,m 2.同样针对 10.15 冲击地压事故发生前采用优化后监测的微震能量演化规律见图6.由图6可知,优化后监测的微震能量分布演化规律较传统方法监测的微震能量分布演化规律要显著㊂图6中只对微震能量大于102J 的事件进行了平均化分布,其中图6a)所示10月10日的微震能量事件平均化分布云图中开始出现能量事件平均化分布集中区,但是集中区面积较小且集中程度较低㊂图6b),c),d),e)所示的微震能量事件平均化分布云图中能量事件平均化分布集中区面积开始变大且集中程度越来越高㊂图6f)所示的微震能量事件平均化分布云图中能量事件平均化分布集中区中集中程度最高的位置处发生了 10.15 冲击地压显现㊂可见,通过优化后监测的微震能量演化规律能够很好地对能量事件平均化分布集中区进行监测,并能实时分析集中图6㊀优化后监测的微震能量分布演化规律图区的演化规律以及其中能量的集中程度状况,起到了事前对冲击显现位置监测预警的效果㊂4㊀结㊀论1)针对典型的4种冲击地压从动静载叠加诱发冲击地压机理的角度进行了分析,指出煤柱型和构造型冲击地压的诱导因素以静载荷为主,动载荷为辅;而断层型和顶板型冲击地压的诱导因素以动载荷为主,静载荷为辅㊂2)基于诱发冲击显现的能量判据准则,当采掘周围煤岩体内积聚的弹性应变能高于其发生失稳破坏所需的最小弹性应变能时,煤岩体将会瞬间失稳诱发冲击显现㊂因此,对于不同诱因的冲击地压的监测预警均可从能量的角度入手,采用微震能量监测预警技术㊂3)传统方法监测的微震能量分布演化规律较为不明显,监测预警效果较差,难以实现对于冲击危险区域的识别目的㊂根据Frankel 等基于空间光滑地震活动性模型优化后监测与预警分析方法能够很好地对能量事件平均化分布集中区进行监测,并能实时分析集中区的演化规律以及其中能量的集中程度状况,起到了事前对冲击显现位置监测预警的效果㊂(下转第11页)㊃7㊃2021年第3期杨增强等:冲击地压微震能量监测预警技术研究与探讨参㊀考㊀文㊀献[1]㊀俞启香.矿井通风难易程度的统计分析与分级[J].中国矿业学院学报,1985,14(3):82-92.[2]㊀赵以蕙.矿井通风系统的评价方法[J].中国矿业学院学报,1985(3):81-86.[3]㊀胡朝仕,王德明,周福宝,等.矿井通风难易程度评价指标的探讨[J].煤矿安全,2009,40(10):89-92.[4]㊀马㊀砺,雷昌奎,李珍宝.矿井等积孔评价通风难易程度指标探讨[J].矿业安全与环保,2015,42(5):116-119.[5]㊀刘㊀辉,杨胜强,许㊀芹,等.矿井通风难易程度的准确划分及应用[J].河南理工大学学报(自然科学版),2017,36(4):026-031.Research on Accurately Verification of Difficulty in Mine VentilationGAO Zhisong㊀㊀Abstract ㊀In order to evaluate the difficulty of mine ventilation more scientifically and accurately,the mainreasons for the failure of the current coal mines to evaluate the difficulty of mine ventilation using isocratic holes are bining with the Muirger method to evaluate the difficulty of mine ventilation,the relationship betweenthe air volume of the ventilation system and the resistance of mine ventilation,a new method for accurately dividingthe difficulty of modern mine ventilation is proposed,and the accuracy of the new evaluation method are verified indifferent types of mines.The results show that the new method of dividing the difficulty of mine ventilation can moreaccurately and reasonably define the difficulty of mine ventilation.Key words ㊀Mine ventilation difficulty;Equal volume holes;Mine ventilation resistance;Ventilation system(上接第7页)参㊀考㊀文㊀献[1]㊀岳鹏飞.综放工作面回风巷超前段破坏及控制技术[J].山西焦煤科技,2017,41(1):42-45.[2]㊀窦林名,何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001.[3]㊀成晋峰.褶曲构造区沿空巷道底板冲击机理及防治[J].山西焦煤科技,2020,44(6):31-34.[4]㊀杨增强.复杂地质构造区诱发冲击矿压机理及防控研究[D].北京:中国矿业大学,2018.[5]㊀延㊀安.动静载叠加扰动作用对巷道围岩冲击破坏研究[J].山西焦煤科技,2016,40(Z1):28-31,36.[6]㊀王桂峰,窦林名,蔡㊀武,等.冲击地压的不稳定能量触发机制研究[J].中国矿业大学学报,2018,47(1):190-196.Research and Discussion on Monitoring andEarly Warning Technology of Microseismic Energy for Rock BurstYANG Zengqiang ,LI Fengshuo ,Ren Changle㊀㊀Abstract ㊀In order to study the problems of rock bursts during the mining of deeply buried coal resources,thefour typical rock bursts are analyzed from the perspective of the shock mechanism induced by the superposition ofdynamic and static loads,and the rock bursts with different inducements are pointed out.The monitoring and earlywarning can be started from the perspective of energy to prevent the shock from being induced due to the excessiveaccumulation of elastic strain energy.By comparing traditional monitoring and early warning analysis and optimizedmonitoring and early warning analysis on the evolution of microseismic energy distribution,it is pointed out that theoptimized monitoring and early warning analysis method can monitor the evenly distributed concentrated area of energyevents,and can analyze and concentrate in real time.The evolution law of the area and the degree of energyconcentration in it have played a role in monitoring and warning the impact of the impact in advance.Key words ㊀Rockburst;Dynamic and static loads;Microseismic energy;Monitoring and early warning㊃11㊃2021年第3期高志松:准确划分矿井通风难易程度探究。
深部高应力巷道U36_支架支护分析
比较，见表 1。
表 1 不同流量下流量调节的速度变化
导叶类型
水流量/m³ 额定功率/kW 水管直径/inch 调节速度（m³/s）
10
500
20
5.29
20
500
20
5.28
固定导叶
50
500
20
5.25
100
500
20
5.13
500
500
20
5.02
10
500
20
7.19
20
500
20
7.17
可调式导叶 （本设计）
模型各部分如图 1 所示。在计算中通过调整采空与巷道开
围岩材料选用 Mohr-Coulomb 本构模型，参考北京科技
挖的的施工顺序来模拟采空区对巷道以及支护变形的影 大学课题“深部工程地质分区和岩体分类”的研究成果。U
响规律。
型钢支护采用理想弹塑性模型，材料密度为 7980kg/m³，泊
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提高。当迭代次数为 500 时，该设计方式的导叶控制准确率
可达到 98.12%。此外，在每个迭代节点，该设计方式的导
叶控制准确率，都高于传统固定导叶控制的准确率。结果表
明，该设计在水利泵站更新改造设计中流量调节方面的导叶
控制准确率较高，具有一定应用价值。
表 2 不同迭代次数下导叶控制准确度
迭代次数
该设计准确率（%）
式中 ：σh，max 和 σh，min 分别为最大水平主应力和最小水平主 应力，MPa ；σv 为垂直主应力，MPa ；H 为埋深，m。
模型底部边界条件为 Y 向位移为０，模型两侧边界条
深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究
第29卷第7期岩石力学与工程学报V ol.29 No.7 2010年7月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July，2010 深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究罗超文，李海波，刘亚群(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071)摘要：基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究，可以得出如下初步结论：(1)－790 m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主，其最大原岩水平主应力值大于28.33 MPa，岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为 5.82，属高应力区；(2) 在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展，同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大，受围岩弱化的影响，围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值，然后再降低并趋于原岩应力；(3) 底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径，远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。
研究表明，深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道，可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。
关键词：采矿工程；深埋巷道；水压致裂法；地应力测量；围岩应力；分布特征中图分类号：TD 163 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)07–1418–06STUDY OF DISTRIBUTING CHARACTERISTICS OF STRESS IN SURROUNDING ROCK MASSES AND IN-SITU STRESS MEASUREMENTFOR DEEPLY BURIED TUNNELSLUO Chaowen，LI Haibo，LIU Yaqun(State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China)Abstract：The following preliminary results are obtained based on the study of in-situ stress measurements using hydraulic fracturing(HF) method and distributing characteristics of stress in surrounding rock masses in the region of Panyi Mine：(1) The dominative stress of the tunnel for Gangue adhesive tape machine at elevation －790 m is tectonic stress and the maximum horizontal principal stress is larger than 28.33 MPa. The ratio of saturated uniaxial compressive stress to maximum horizontal principal stress is 5.82，which means that the stress level in this region belongs to high stress are. (2) The plastic zone of surrounding rock to the ratio of maximum horizontal principal stress for the tunnel extends from the periphery to depth；at the same time，the stress of surrounding rock gradually increases and reaches the maximum value at a location of about 2 times of tunnel diameter，then gradually decreases and is finally equal to in-situ stress in some location. (3) The influence range of the floor track tunnel on the stress of surrounding rock of the top tunnel is greater than 6 times of tunnel diameter，which far exceeds the influence range of 3 times of that obtained by traditional elastic mechanics. The above results indicate that the distributing characteristics of stress in surrounding rock masses for deep-buried tunnels are different from that for shallow-buried tunnels，and it can provide references for similar projects.Key words：mining engineering；deep-buried tunnels；hydraulic fracturing method；in-situ stress measurements；stress of surrounding rocks；distributing characteristics收稿日期：2010–01–20；修回日期：2010–04–21基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732001)作者简介：罗超文(1963–)，男，1999年于武汉工业大学获岩土工程专业博士学位，现任副研究员，主要从事地应力、岩石力学实验以及相应实验仪第29卷第7期罗超文，等. 深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究 • 1419 •1 引言随着我国经济的快速发展，对各种资源需求日益提高。
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第27卷 增2 岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.2
2008年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2008
收稿日期：2007–01–31；修回日期：2007–03–01 基金项目：国家自然科学基金资助项目(10572047)；河南省重点科技攻关项目(0424210018) 作者简介：苏承东(1961–)，男，1987年毕业于焦作矿业学院采矿工程系采矿工程专业，现任高级工程师，主要从事采矿工程和岩石力学方面的研究工作。E-mail：sucd@hpu.edu.cn
深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究 苏承东，李化敏 (河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454159)
摘要：对平煤集团十二矿三水平皮带下山冲击地压预测与防治方法进行研究。结果表明，皮带下山所处位置构造复杂，以构造应力为主，地应力较大，属于深埋巷道。皮带下山围岩属典型的高强脆性岩石，具有中等偏强冲击倾向性。采用电磁辐射方法监测结果与实际发生冲击地压的情况基本一致，电磁辐射强度临界值为30 mV，脉冲数临界值为400 000次。电磁辐射指标超过临界值时具有冲击地压危险地段，采用拱顶浅孔爆破卸压法治理措施后，电磁辐射指标有明显下降，冲击地压的强度、频度均有所减弱和减少，有效地缓解和防治冲击地压发生的作用。巷道掘进施工采用短段掘锚作业，及时锚网喷索联合支护，打眼施工期间挂设防护网，最大限度地消除和缓解冲击地压的危害。 关键词：岩石力学；冲击地压；地应力；爆破卸压；电磁辐射 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增2–3840–07
STUDY ON FORECAST AND PREVENTION METHODS FOR ROCKBURST OF DEEP ROADWAY WITH HIGH GEOSTRESS
SU Chengdong，LI Huamin (School of Energy Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo，Henan 454159，China)
Abstract：Forecast and prevention methods were studied for rockburst in haulage-dip at Coal Mine No.12，Pingdingshan Coal Group of China. This haulage-dip belongs to a deep roadway with the complex geological conditions，and the tectonic stresses are very high. The surrounding rock of the haulage-dip is a typical brittle rock with high strength and is a middle burst-prone mine. The in-situ monitoring results for rockburst with electromagnetic emission method(EEM) were basically consistent with practical situation. The critical value of EEM was 30 mV and the critical value of pulse count was 400 000. When the magnitude of EEM in the roadway area exceeded the critical value，the rockburst occured in this danger area of haulage-dip. After the shallow blasting measures were taken；the pressure over roadway roof was released，and the magnitude of EEM obviously decreased. The intensity and frequency of rockburst were also reduced. Therefore，rockburst can be effectively prevented. Short-range excavation，bolt supporting with shotcrete in-time and hanging steel net during roadway excavation can reduce or lessen the hazard of rock burst. Key words：rock mechanics；rock burst；geo-stress；blasting pressure relief；electromagnetic emission method (EEM)
1 引 言 冲击地压是在高地应力条件下进行地下工程施
工的过程中，坚硬围岩因开挖卸荷形成二次应力场，
表现为在巷道围岩附近产生应力集中，当应力超过岩体的破坏强度时，聚积在巷道周围的岩体内部储存的弹性应变能突发性释放，使巷道围岩产生爆裂第27卷 增2 苏承东，等. 深埋高应力区巷道冲击地压预测与防治方法研究 • 3841 • 性松脱、剥落、弹射甚至抛掷，同时发出巨大声响，造成围岩振动，有时还会产生强烈的气浪或冲击波，对矿山安全生产威胁极大，时常造成重大伤亡事故。冲击地压是深部开采过程中常见的工程地质灾害之一[1～4]，对于工程施工的人员和设备均造成了直接
威胁。随着目前矿井开采强度增大，矿井延伸速度加快，开采深度的增加巷道围岩的受力状况恶化，冲击地压逐渐显现，并随开采深度的增加其频度和强度不断增加[5]。因此，研究发生在深埋高应力巷
道施工中的冲击地压问题，探索冲击地压发生的机制、预测预报及防治方法，总结冲击地压发生发展的规律，采取有效的预测预报并提出相应的防治措施，对于保证深埋巷道施工的安全具有实用价值。
近几十年来，国内外在冲击地压预测和防治方面作了大量的研究工作，提出多种理论和防治方法[6～12]。
由于引起冲击地压的因素很多，地下工程所处环境及其复杂，对于煤矿深部开采冲击地压的相关问题尚不完全清楚有待进一步研究，本文对平煤集团十二矿三水平皮带下山在进行区域地质分析的基础上，采取室内岩性试验、地应力测试、电磁辐射监测、分析冲击地压发生的规律、采取几种爆破卸压方法等多种研究手段，对皮带下山的冲击地压问题进行系统研究，总结出电磁辐射方法监测进行预测预报的临界值，基本搞清冲击地压发生的时间、地点、危险程度以及发生的规律，并采用拱顶浅孔爆破卸压措施，最大限度地消除和缓解了冲击地压的危害，可为类似条件下巷道安全施工提供参考依据。
2 地质特征
平煤集团十二矿位于平顶山矿区南部，井田内形成为一系列的北西–东南向褶皱平行排列的复式褶皱大构造形态，以及前聂背斜、任装向斜、焦赞向斜、郭庄背斜、牛庄向斜等小型构造形态，构造分布见图1。 皮带下山开口处位于己组煤层的上部，穿过己组煤之后，沿L1和L2灰岩施工，附近没有开采影
响，所受压力为矿山静压力。所处位置接近李口向斜轴部，岩层走向118°，倾角由大变小，0°～5°。皮带下山服务年限20 a，设计全长1 850 m，埋深872～1 150 m，属深部开采巷道，设计方位28°， 350 m以上坡度为16°，以下为17°，915 m处由5°变平向前施工，支护形式为锚网喷索联合支护。
1—前聂背斜；2—任装向斜；3—焦赞向斜；4—郭庄背斜；5—牛庄向斜；6—郝堂向斜；7—张湾断裂；8—辛店断裂；9—人庄段成；10—十二矿断层；11—原十一矿断层；12—牛庄断层；13—竹园断层；14—张家断层；15—高孔断层；16—斜井断层；17—郝堂断层；18—张家庄断层
图1 平顶山矿区地质构造图 Fig.1 Geological structure of Pingdingshan mining area
3 岩性试验
国内外大量的研究结果[2，3，11，12]表明，岩性是
决定冲击地压发生的一个重要内在因素，冲击地压一般发生在完整性好，裂隙发育少，质地坚硬，脆性岩体中。针对皮带下山处在穿越坚硬完整的L1
和L2石灰岩岩样，在RMT–150B电液伺服控制岩
石力学试验系统上按照相关测定方法[13]进行L1和
L2灰岩冲击倾向指标测定，包括弹性能指数WEt、
冲击能指标NK、破坏时间DT以及脆性系数四项性
能指标。 弹性能指数ETW：在单轴压缩加载到峰值载荷
的70%～80%时积蓄的弹性能spφ和卸载消耗塑性能
量(csp
φφ−
)的比值，按下式计算：
spcspETφφ
φ−=W (1)
式中：cφ为加载过程试验机对岩样做的总功。 ETW越大，反应出岩石比较致密其弹性越好，加载过程中试验机所作的功以弹性能的形式储蓄起来，卸载时塑性变形吸收的能量很越少，这种岩石破坏时释放的能量就越大，冲击性越强，危害就越大，较好地反映岩石发生冲击地压的可能性。 冲击能NK：在单轴压缩加载积蓄能量1F和破
坏过程中消耗能量2F的比值，按下式计算：
21NF
FK= (2)
NK越大，表明储存弹性能与破坏消耗能量相差越多，则多余能量以动能、震动以及声响等形式