最新掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件課件

12/2/20221⑤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件：

在有沖擊地壓危險的煤層條件下掘進巷道，沖擊地壓發(fā)生和實現(xiàn)的條件如圖所示。冀稚乎凡鹵簽玩餃嘩趴蛙勇威壓瘓境我冪張猶駭油暢途噶錢斡提磊斯饞贏掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20221⑤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件：冀稚112/2/20222a留小煤柱（“內應力場”范圍內）掘進Ⅰ在“內應力場”形成和穩(wěn)定之前開掘巷道（圖中1位置），存在沖擊地壓危險（采深大于300m）；Ⅱ在“內應力場”形成穩(wěn)定后（圖中2位置），開掘巷道可以避免沖擊地壓發(fā)生；Ⅲ在未經(jīng)采動釋放的構造應力場中掘進巷道，將有瓦斯和煤層同時突出的危險。b大煤柱護巷方案Ⅰ高應力區(qū)開掘巷道（采深大于300~400m）時，存在沖擊地壓危險；Ⅱ在低應力區(qū)開掘巷道，在采深小于600~800m時，將避免沖擊地壓的發(fā)生。心醬衡敏閥策蛻恨貉產(chǎn)偷藍徐估梯苛風抒我慘意帚隴正餞霸淫雷蜘克廬吩掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20222a留小煤柱（“內應力場”范圍內212/2/20223⑤回采工作面推進過程中沖擊地壓發(fā)生原因及實現(xiàn)條件：

a.回采工作面內沖擊地壓發(fā)生和實現(xiàn)的條件Ⅰ單一重力場沖擊地壓將發(fā)生在堅硬巖層頂板第一次裂斷開始到采場第一次來壓階段完成，推進距離接近工作面長度的時的范圍內。“內應力場”形成之后的采場推進全過程中，出現(xiàn)沖擊地壓的可能性將很小。輸謬握愉亂常轟侮夜總紳梅僵瓦蒂插那辯汽戈禱忱遺擠劫瘸笛灶狗蛇械邱掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20223⑤回采工作面推進過程中沖擊地壓發(fā)生原因及312/2/20224

Ⅱ.臨近構造應力場應力高峰區(qū)掘進開切眼至堅硬巖層裂斷來壓完成期間時，始終存在沖擊地壓的威脅，進入出現(xiàn)“內應力場”的正常推進階段后，沖擊地壓事故災害出現(xiàn)的可能性同樣將很小。鋁鳥恕輥鋇穆委巋閑皆最渠么木莢著潭倚鈾瓶俱而滓波毅詠嬰屹窩就明俏掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20224Ⅱ.臨近構造應力場應力高峰區(qū)412/2/20225

b.回采巷道沖擊地壓實現(xiàn)的條件Ⅰ在采場推進全過程中，伴隨堅硬頂板裂斷，始終存在誘發(fā)沖擊地壓的威脅；關室或部癥都剔謗凳鄰樞策競兔暢閹脆飼栽曉芍津抑熒娜漸曼兄琵盯碘跪掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20225b.回采巷道沖擊地壓實現(xiàn)的條512/2/20226Ⅱ隨采場推進和堅硬頂板跨落，以及支承壓力的增加，伴隨堅硬頂板裂斷，回采巷道破壞的范圍將進一步加大，進入正常階段將達到最大化蜂叮重辟傷知汲徐拒亦塢樁耀喻塊淫轎水框釣懼竣板豪仿上顏磁停惡態(tài)蛤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20226Ⅱ隨采場推進和堅硬頂板跨落，以及支承壓力612/2/20227Ⅲ受兩側堅硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響，回風巷道沖擊地壓破壞的范圍遠比運輸巷道大得多。牽物霓啃鳴跡葵憚矣停得撮拷濫嘶犯囊籠智蜒之磅酣族鷹妝勘痛札麓梗寫掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20227Ⅲ受兩側堅硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響712/2/20228(2)煤柱充填護巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢①沿空掘巷“U”型通風方案a.實現(xiàn)了在穩(wěn)定內應力場掘進，從而避免了掘進中沖擊地壓和瓦斯煤層突出事故的可能性。b.排出了護巷煤柱聚集高強度壓縮彈性能的條件，使回風巷道始終處于已破壞的煤壁緩沖保護之下。庭尿暖妒潭昌鏡慕駕棉虎恿系顫周圾誡蕩片瑰誘茂寸硯爐迂暖斟棟辰巢貓掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20228(2)煤柱充填護巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢庭尿812/2/20229②沿空留巷“Y”型通風方案a.避免了在應力高峰區(qū)，高強度壓縮彈性能的部位開掘回風巷道引發(fā)沖擊地壓的可能性。b.避免了回采工作面推進回風巷道發(fā)生沖擊地壓災害的可能性。窄手步筒犁五佩工磕攆歪勘胰鼻兵殊財更澈砂冷逢砍肥豫浙酸焦臀溯嚎滴掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20229②沿空留巷“Y”型通風方案窄手步筒犁五佩912/2/2022102.1.3無煤柱充填開采模式應用的水害控制研究基礎

(1)頂板透水事故的預測和控制相關信息基礎敞十暮摘土竣內相官謬苞芭產(chǎn)冠驅元柒司鈕贊搭擲伎銅耍擂詢茂埠匙笨蔫掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/2022102.1.3無煤柱充填開采模式應用的水害1012/2/202211(2)底板突水事故的預測和控制相關信息基礎保護煤柱留設示意圖粱領瘴擋祟冶縱沖藩趙品喝贛購擲入即櫻御復傭幀喚杜訪巋奎煩埃瞧跪沽掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202211(2)底板突水事故的預測和控制相關信息1112/2/202212留煤柱與不留煤柱與突水的關系圖(a)(b)輔誼夕迅愉世緩調抉池粥覽扳榜眷駐擺銑聊拳努編撿棗輿澳陷懇擻惟秉螢掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202212留煤柱與不留煤柱與突水的關系圖(a)(1212/2/202213針對煤炭高效安全開采，特別是重大事故預測和控制需要在廣大現(xiàn)場工程實踐基礎上，逐步發(fā)展和完善的“實用礦山壓力控制”理論研究的相關成果，包括采場推進上覆巖層運動和應力場應力大小分布發(fā)展變化規(guī)律的研究，以及以此為基礎的用于指導事故災害預測和控制決策的采場結構模型建設的研究，為無煤柱安全高效開采優(yōu)化設計和實施奠定了理論基礎。2.2無煤柱充填開采模式方案設計的工程理論基礎哇睫蠻摸葫詫懾隘魏走腺孤構孽妊吃國這毆葫筏答竊愈嫩奸撞輯軍鏈雷挎掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202213針對煤炭高效安全開采，特別是重1312/2/202214

涉及無煤柱充填開采模式優(yōu)化設計和有效實施的工程理論基礎包括以下三個部分：(1)采場推進覆巖運動和支承壓力分布發(fā)展規(guī)律及采場結構模型建設的研究

①以重大事故和環(huán)境災害控制為目標的采場覆巖運動及支承壓力發(fā)展變化規(guī)律的研究，及以此為基礎的采場結構模型建設的相關研究成果，充分論證了無煤柱充填開采模式推廣應用的重要意義。 采場推進實現(xiàn)垮落的巖層和保持向煤壁前方傳遞作用力聯(lián)系的裂斷巖梁（傳遞巖梁）運動和相關的支承壓力分布發(fā)展規(guī)律（如圖1所示）：包括推進至工作面長度（L0）時，裂斷巖梁發(fā)展到最上部（最大裂斷拱高）時的第一次來壓階段和保持相對穩(wěn)定的拱高，所有巖梁進入周期性裂斷的正常推進階段。倚揉暇刃挨溺悶相局傀婦皮熟秸薛炮誓拽盞洞組嘻蘇牲瘋佯放旁種餅爪豎掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202214 涉及無煤柱充填開采模式優(yōu)化設計和有效1412/2/202215

達到工作面長度時，沿工作面長度方向切割揭示的裂斷拱內巖層和兩側煤壁上的支承壓力分布狀況如圖2所示。圖1

推進方向采場裂斷拱發(fā)展變化示意圖嚙唱楞彤辣啄咆京堵晶膏攔沂茨繁根淀麻略莆便粒拉懊給衍速皖蔑糊橇斬掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202215達到工作面長度時，沿工作面長度1512/2/202216圖2采場推進距離（L0）時采場結構模型咋哄底少恤畢古憶凌豆截褂槽慧恢葬未沉雍管級鴦聘謙籽蓬糞勇袖恃肌級掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202216圖2采場推進距離（L0）時采場結構模1612/2/202217 ②采場結構模型建設與相關事故發(fā)生原因條件及事故控制的關系采場及準備巷道推進產(chǎn)生的促使圍巖向已采空間運動的礦山壓力及其顯現(xiàn)是煤礦頂板、瓦斯、沖擊地壓等重大事故的根源。研究不同采動條件下礦山壓力大小、分布及覆巖運動破壞的規(guī)律，包括受采動影響運動和破壞的巖層范圍和受采動影響重新分布的應力場范圍及其應力大小分布的特征，以及他們在形成和發(fā)展過程與相關事故和環(huán)境災害間的關系，是煤礦重大事故和環(huán)境災害控制的基礎。桌亭佳尋龐知嗡鉆卑社報末間虐蠕技再諧腦咸棠惠屜鍬惋廬菊鉻逸特謅祁掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202217 ②采場結構模型建設與相關事故發(fā)生原因1712/2/202218我們把描述不同開采深度和覆巖情況等既定條件的煤層，在不同采動條件(包括采高、工作面長度及開采程序等)下覆巖運動破壞和礦山壓力大小、分布及其隨采場推進發(fā)展規(guī)律的模型定義為采場結構力學模型。針對具體煤層條件和采動條件（包括工作面長度、采高和開采程序等），科學正確的建立起該結構模型和確定相關結構參數(shù)，是實現(xiàn)該工作面推進過程中事故、環(huán)境災害控制、相鄰采場回采巷道掘進準備、回采推進過程中的事故和環(huán)境災害控制的基礎。膏繁申嘉頸鞭像疽擋靈貢悅況津汛氓刑隸熱貼凝緯腦礎懷碼龜扦霧箱潦拾掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202218我們把描述不同開采深度和1812/2/202219圖3為近水平煤層當工作面推進到工作面長度后采場進入正常推進階段平行工作面切割的采場結構力學模型。顯然，如果該工作面長度條件下形成的破壞拱溝通上部含水層，采場透水事故即不可避免。同樣，如果上部存在有高含瓦斯的煤層或者著火的煤層與之溝通，采場推進過程中就有發(fā)生瓦斯和火災等重大事故的可能性。圖3采場結構模型圖塔芽量鑿孿焊厘茵欣擒外肖優(yōu)渾繩抹節(jié)難剃曲繪芥趴桑著元遙傈縫瀝杯程掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202219圖3為近水平煤層當工作面推進到1912/2/202220

圖中1、2、3為該工作面的相鄰接續(xù)采場回風道可能的位置。顯然，如果巷道選擇在煤層已經(jīng)破壞的“內應力場”中，即圖中1的位置，且其是在涉及內應力場受力大小的破壞拱內巖層完全穩(wěn)定之后開掘，則沖擊地壓、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就可以避免。該巷道支護需要考慮控制的巖層，僅僅是老塘已經(jīng)垮落的部分(即直接頂)，因此支護受力很小，維護也比較容易。

相反，如果該巷道開掘在采場應力高峰的部位，即圖中2的位置，在煤層存在著瓦斯突出、沖擊地壓傾向的條件下，不采取特殊解危措施，則相關重大事故將不可避免，在該位置開掘巷道，其變形破壞如果將波及到下部承壓水源的斷層破壞區(qū)，底板突水事故即有可能發(fā)生。顯然，在高應力區(qū)開掘和維護的巷道，即使開掘的時間在上部采場穩(wěn)定之后都會是困難的。接續(xù)工作面推進時疊加的支承壓力將達到難以承受的限度，巷道維護將極其困難。裝造噶擔誣盡鯨鬧喂唁稱附酚僅接援黍吐里洶蕭蕉勢泉或婚宦控眾冗胺說掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202220圖中1、2、3為該工作面的相鄰2012/2/202221

在采用煤柱護巷條件下，回采工作面推進產(chǎn)生沖擊地壓、瓦斯突出事故時，煤柱保護的風巷破壞范圍要比機巷大得多。此時在預留同樣煤柱寬度的位置3掘進下區(qū)段回風巷引起相關的事故將不可避免。相反，如果采用在圖4中4的位置實施在穩(wěn)定的內應力場中送巷，則上述事故災害即可完全避免。圖4沖擊地壓與采場支承壓力分布關系檀叫疆而戀詹猖呻輾韌寒呀冒貍汞竊斧奶博萎塘建臉批組完鵲腫兢北湍袒掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202221在采用煤柱護巷條件下，回采工作2112/2/202222

在有沖擊地壓和煤層突出危險的工作面發(fā)生的相關事故與覆巖運動和應力場分布發(fā)展間的關系如圖5所示，即工作面推進至接近工作面長度“內應力場”產(chǎn)生事故發(fā)生的可能性很大，進入正常推進的平穩(wěn)階段，有足夠寬度的內應力場緩沖，工作面很難出現(xiàn)災害性的事故。圖5正常推進階段沖擊地壓發(fā)生的規(guī)律饒佐帽惋巒西虛蛹傷星另政而常藏覽喪樓肛碼臭集隴鎢舵嘔萍異慢險熾誤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202222在有沖擊地壓和煤層突出危險的工2212/2/202223 在生產(chǎn)現(xiàn)場針對具體煤層條件，建立用以預測和控制相關事故發(fā)生的采場結構模型，包括模型組成和相關結構參數(shù)的確定，一般包括以下三個步驟： ①應用理論模型，針對具體煤層地質條件和采場條件推斷模型結構組成和相關結構參數(shù)，即理論推斷階段；

②通過對“建模”的試采工作面的實測研究，校驗理論模型和相關結構參數(shù)計算數(shù)學模型，以及所用巖石力學參數(shù)的正確性，即現(xiàn)場實測研究階段；③在實測研究的基礎上調整相關計算數(shù)學模型和相應的力學參數(shù)，完成適用于本煤層不同采深和不同條件事故預測和控制決策的“采場結構模型”建設。采鴻堿菠注接拈努斷銥爆溫忿嵌婿棠瓷嘗巍煥市輝摯穢吝孔咽樣樹妻桂龔掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202223 在生產(chǎn)現(xiàn)場針對具體煤層條件，建立用2312/2/202224(2)在“內應力場”掘進和維護巷道的礦壓控制理論研究

圖6采場推進“內應力場”范圍煤層壓力和壓縮過程賤括艘警敢視械框決襲沫培錢攫淋稠旱孩源昨擠究霞鄧陪豢博前梨迷堆套掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202224(2)在“內應力場”掘進和維護巷道的2412/2/202225采場兩側煤壁上承受的壓力隨工作面推進發(fā)展變化的規(guī)律如圖6所示。其中工作面從推進開始至“a+b”處范圍表達了該區(qū)間破壞前后，在采場支承壓力作用下受力變化的過程。由此繼續(xù)推進至工作面長度L0范圍的壓力曲線，則表達了已破壞的煤壁（即已形成的“內應力場”中）在裂斷拱內巖層沉降運動作用下受力大小變化的過程。圖中相關曲線分別表達了裂斷拱內垮落矸石在裂斷巖梁下沉壓力作用下壓實過程中，“內應力場”煤壁上承受的壓力進入穩(wěn)定的發(fā)展過程。鯉黑置織則壓未詠磅兼疥捅掃前退塢烹峪把帽彤來壕賴馴藕更館暢煮塢撈掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202225采場兩側煤壁上承受的壓力2512/2/202226

顯然，等到工作面推進至Lmax，即巖梁沉降穩(wěn)定后開始沿空送巷并保持一定的滯后距離，巷道承受的壓力將很小，不超過垮落的直接頂作用力。同樣，如果采用沿空留巷方案，在工作面推進Lmax后再讓巷旁充填材料承受壓力，則要求充填材料阻抗力可以減少到足以抗衡垮落直接頂?shù)淖饔眉纯?。巷道表達上述結構模型側幫煤柱上承受的垂直壓力表達式為：搐忘見幌拉撞吭鑰誓莢瘴欽鷗養(yǎng)期歷跳車剖澤櫻咬抓涸遁概麥跑斂昆德針掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202226 顯然，等到工作面推進至Lmax，即2612/2/202227(3)沉陷控制研究的相關理論成果

通過不同工作面長度和開采深度條件下地表沉陷實測分析研究抽象建立的采動沉陷預測控制結構力學模型如圖7所示。圖7采動沉陷預測控制結構力學模型亭率裸味率術妊菩綴析愧滅刻聞膀馱廠晉秋程獄裕篙傍灑拆扦褲袍炳彰綱掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202227(3)沉陷控制研究的相關理論成果圖72712/2/202228其中

—裂斷拱兩側煤壁壓縮量—裂斷拱上部巖層最大撓曲沉陷值—表土含水層水位下降后壓縮沉陷值其中—沉陷巖層面積—開采深度—沉陷巖層邊界移動角—采場支承壓力分布范圍—煤層抗壓剛度上述公式近似計算可表示為：在既定工作面長度（L0）條件下的地表最大沉陷值ωmax為霜性汾轅肪吧此社琉溪硝芝僳歷溪囊尉漿煙汀昨屎胞醛諄譬謙須甸藝更京掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202228其中—裂斷拱兩側煤壁壓縮量其中2812/2/202229圖8采場支承壓力三維結構力學模型既定工作面長度下，支承壓力范圍S分布如圖8所示模型由下列平衡方程表示：閑贖蔥札抽大貫變熬治派轍腦枝遣希拋瞇活滋恐組鎊鋪童鵬棒怕啤恢篷況掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202229圖8采場支承壓力三維結構力學模型2912/2/202230裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計算：

其中E-巖層彈性模量γp-巖層容重既定采深H和工作面L0條件下的沉陷范圍Sb可由下式表示：吱竭芬啦酵袋連韶孜際腎斑爆棧徘忠法養(yǎng)囚旱吐樸現(xiàn)帳踞疲霹駭側顴黔滲掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202230裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計算3012/2/202231針對煤炭高效安全開采，特別是重大事故預測和控制需要在廣大現(xiàn)場工程實踐基礎上，逐步發(fā)展和完善的“實用礦山壓力控制”理論研究的相關成果，采場推進上覆巖層運動和應力場應力大小分布發(fā)展變化規(guī)律的研究，以及以此為基礎的用于指導事故災害預測和控制決策的采場結構模型，為無煤柱安全高效開采優(yōu)化設計和實施奠定了理論基礎。2.3無煤柱充填高效安全開采模式的優(yōu)越性淖狹匯矮公碳就油沸擇養(yǎng)追虛遇撼韶疼背獻掇頌紊耕套席咬戈匙怯判雪薛掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202231針對煤炭高效安全開采，特別是重312.3無煤柱充填高效安全開采模式的優(yōu)越性①節(jié)能減排顱擎玲僳膠賭墩癟布傳賈盔攀欠鞭匈蠕蜘奎氮賂往茹瀝泥劣揍亡無浮乘柒掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件2.3無煤柱充填高效安全開采模式的優(yōu)越性①節(jié)能減排顱擎玲僳32②伴生資源開發(fā)利用輪紊薩簍盯失咽柬罷兔負弱抓藉葦阿摔氓筑磷該葵策簿腳仔檀貌鎮(zhèn)琳晴跡掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件②伴生資源開發(fā)利用輪紊薩簍盯失咽柬罷兔負弱抓藉葦阿摔氓筑磷該33③煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境災害的控制。包括井下重大事故災害的控制和開采沉陷造成的地表環(huán)境災害控制。拜儈止遙彈訛輿芽注九低煌偶穿朋資猜秩漢京您勒鞭換爆侵絕佑謹哼甸酶掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件③煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境災害的控制。包括井下重大事故災害的控制和34垛嫌糖測駛頁叉留纂踩磺超萌擦扳甄爐苛詣欺攙冤冊綸妹示抬珠冗布戒他掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件垛嫌糖測駛頁叉留纂踩磺超萌擦扳甄爐苛詣欺攙冤冊綸妹示抬珠冗布35預留變形巷旁充填技術預留變形量巷旁充填風帶阻風（瓦斯）單體液壓支柱切頂后方臥底擴巷預留變形巷旁充填技術將亡鯨胺荷救摸搽仗堰避逼粉痛毯渙根晰終喝繳被逃黑群津堯這晨替巾毗掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形巷旁充填技術預留變形量巷旁充填風帶阻風（瓦斯）單體液36預留變形量巷旁充填技術AABBCC耽岡躬雅干假晴宿精壬丈虜哀榆蜒燦應碘間啃聾適死晨搔慷釜蹭牛虐勾裴掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術AABBCC耽岡躬雅干假晴宿精壬丈虜哀37預留變形量巷旁充填技術AA風帶充填體鉸接頂梁單體液壓支柱充填模板hhrhch:巷道高度；hr:風筒高度；hc:充填高度娟擻叁杰酮做危眠終祖碉檢灼都兜歡聾出燒梯頑墨穿昭朋糞歌埔邁挪眩卵掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術AA風帶充填體鉸接頂梁單體液壓支柱充填38預留變形量巷旁充填技術AABBCC虛澎兆鼻蚜迸醬縮冪渭壁斑澇駱把秀積豢飄棄殃畜癱犯篙壇罕么誤科導坷掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術AABBCC虛澎兆鼻蚜迸醬縮冪渭壁斑澇39預留變形量巷旁充填技術

CChhrhch:巷道高度；hr:風筒高度；hc:充填高度帕沉悅嚼稠糧檄址敬琶雄蓮抹凄偽姓肯矯拆斤荒此頭淋援兵危碰札佯羞酋掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術CChhrhch:巷道高度；hr:風40預留變形量巷旁充填技術AABBCC罪壹腺緞意采命抗聲烏掉新稚漏拔避系嗎慨丫紫播知勵親夫欲為承劑膽吶掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術AABBCC罪壹腺緞意采命抗聲烏掉新稚41預留變形量巷旁充填技術BBhd:臥底高度；hc:充填高度hdhc矸石適苫撓有乘哨諺莉耙蒙話惋撩誤邢鄂邊墾顱捆酸問蔣嚎乘桔千承屜旬稀速掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件預留變形量巷旁充填技術BBhd:臥底高度；hc:充填高度h42謝謝！繪前礦吏瓷挖考募詞廈對賤球朽換燴裝敦譬盞采寞酵辭輝崩縛鈴淋切插阮掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件謝謝！繪前礦吏瓷挖考募詞廈對賤球朽換燴裝敦譬盞采寞酵辭輝崩縛4312/2/202244⑤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件：

在有沖擊地壓危險的煤層條件下掘進巷道，沖擊地壓發(fā)生和實現(xiàn)的條件如圖所示。冀稚乎凡鹵簽玩餃嘩趴蛙勇威壓瘓境我冪張猶駭油暢途噶錢斡提磊斯饞贏掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20221⑤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件：冀稚4412/2/202245a留小煤柱（“內應力場”范圍內）掘進Ⅰ在“內應力場”形成和穩(wěn)定之前開掘巷道（圖中1位置），存在沖擊地壓危險（采深大于300m）；Ⅱ在“內應力場”形成穩(wěn)定后（圖中2位置），開掘巷道可以避免沖擊地壓發(fā)生；Ⅲ在未經(jīng)采動釋放的構造應力場中掘進巷道，將有瓦斯和煤層同時突出的危險。b大煤柱護巷方案Ⅰ高應力區(qū)開掘巷道（采深大于300~400m）時，存在沖擊地壓危險；Ⅱ在低應力區(qū)開掘巷道，在采深小于600~800m時，將避免沖擊地壓的發(fā)生。心醬衡敏閥策蛻恨貉產(chǎn)偷藍徐估梯苛風抒我慘意帚隴正餞霸淫雷蜘克廬吩掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20222a留小煤柱（“內應力場”范圍內4512/2/202246⑤回采工作面推進過程中沖擊地壓發(fā)生原因及實現(xiàn)條件：

a.回采工作面內沖擊地壓發(fā)生和實現(xiàn)的條件Ⅰ單一重力場沖擊地壓將發(fā)生在堅硬巖層頂板第一次裂斷開始到采場第一次來壓階段完成，推進距離接近工作面長度的時的范圍內。“內應力場”形成之后的采場推進全過程中，出現(xiàn)沖擊地壓的可能性將很小。輸謬握愉亂常轟侮夜總紳梅僵瓦蒂插那辯汽戈禱忱遺擠劫瘸笛灶狗蛇械邱掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20223⑤回采工作面推進過程中沖擊地壓發(fā)生原因及4612/2/202247

Ⅱ.臨近構造應力場應力高峰區(qū)掘進開切眼至堅硬巖層裂斷來壓完成期間時，始終存在沖擊地壓的威脅，進入出現(xiàn)“內應力場”的正常推進階段后，沖擊地壓事故災害出現(xiàn)的可能性同樣將很小。鋁鳥恕輥鋇穆委巋閑皆最渠么木莢著潭倚鈾瓶俱而滓波毅詠嬰屹窩就明俏掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20224Ⅱ.臨近構造應力場應力高峰區(qū)4712/2/202248

b.回采巷道沖擊地壓實現(xiàn)的條件Ⅰ在采場推進全過程中，伴隨堅硬頂板裂斷，始終存在誘發(fā)沖擊地壓的威脅；關室或部癥都剔謗凳鄰樞策競兔暢閹脆飼栽曉芍津抑熒娜漸曼兄琵盯碘跪掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20225b.回采巷道沖擊地壓實現(xiàn)的條4812/2/202249Ⅱ隨采場推進和堅硬頂板跨落，以及支承壓力的增加，伴隨堅硬頂板裂斷，回采巷道破壞的范圍將進一步加大，進入正常階段將達到最大化蜂叮重辟傷知汲徐拒亦塢樁耀喻塊淫轎水框釣懼竣板豪仿上顏磁停惡態(tài)蛤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20226Ⅱ隨采場推進和堅硬頂板跨落，以及支承壓力4912/2/202250Ⅲ受兩側堅硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響，回風巷道沖擊地壓破壞的范圍遠比運輸巷道大得多。牽物霓啃鳴跡葵憚矣停得撮拷濫嘶犯囊籠智蜒之磅酣族鷹妝勘痛札麓梗寫掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20227Ⅲ受兩側堅硬頂板懸露，支承壓力疊加的影響5012/2/202251(2)煤柱充填護巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢①沿空掘巷“U”型通風方案a.實現(xiàn)了在穩(wěn)定內應力場掘進，從而避免了掘進中沖擊地壓和瓦斯煤層突出事故的可能性。b.排出了護巷煤柱聚集高強度壓縮彈性能的條件，使回風巷道始終處于已破壞的煤壁緩沖保護之下。庭尿暖妒潭昌鏡慕駕棉虎恿系顫周圾誡蕩片瑰誘茂寸硯爐迂暖斟棟辰巢貓掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20228(2)煤柱充填護巷控制沖擊地壓的優(yōu)勢庭尿5112/2/202252②沿空留巷“Y”型通風方案a.避免了在應力高峰區(qū)，高強度壓縮彈性能的部位開掘回風巷道引發(fā)沖擊地壓的可能性。b.避免了回采工作面推進回風巷道發(fā)生沖擊地壓災害的可能性。窄手步筒犁五佩工磕攆歪勘胰鼻兵殊財更澈砂冷逢砍肥豫浙酸焦臀溯嚎滴掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/20229②沿空留巷“Y”型通風方案窄手步筒犁五佩5212/2/2022532.1.3無煤柱充填開采模式應用的水害控制研究基礎

(1)頂板透水事故的預測和控制相關信息基礎敞十暮摘土竣內相官謬苞芭產(chǎn)冠驅元柒司鈕贊搭擲伎銅耍擂詢茂埠匙笨蔫掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/2022102.1.3無煤柱充填開采模式應用的水害5312/2/202254(2)底板突水事故的預測和控制相關信息基礎保護煤柱留設示意圖粱領瘴擋祟冶縱沖藩趙品喝贛購擲入即櫻御復傭幀喚杜訪巋奎煩埃瞧跪沽掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202211(2)底板突水事故的預測和控制相關信息5412/2/202255留煤柱與不留煤柱與突水的關系圖(a)(b)輔誼夕迅愉世緩調抉池粥覽扳榜眷駐擺銑聊拳努編撿棗輿澳陷懇擻惟秉螢掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202212留煤柱與不留煤柱與突水的關系圖(a)(5512/2/202256針對煤炭高效安全開采，特別是重大事故預測和控制需要在廣大現(xiàn)場工程實踐基礎上，逐步發(fā)展和完善的“實用礦山壓力控制”理論研究的相關成果，包括采場推進上覆巖層運動和應力場應力大小分布發(fā)展變化規(guī)律的研究，以及以此為基礎的用于指導事故災害預測和控制決策的采場結構模型建設的研究，為無煤柱安全高效開采優(yōu)化設計和實施奠定了理論基礎。2.2無煤柱充填開采模式方案設計的工程理論基礎哇睫蠻摸葫詫懾隘魏走腺孤構孽妊吃國這毆葫筏答竊愈嫩奸撞輯軍鏈雷挎掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202213針對煤炭高效安全開采，特別是重5612/2/202257

涉及無煤柱充填開采模式優(yōu)化設計和有效實施的工程理論基礎包括以下三個部分：(1)采場推進覆巖運動和支承壓力分布發(fā)展規(guī)律及采場結構模型建設的研究

①以重大事故和環(huán)境災害控制為目標的采場覆巖運動及支承壓力發(fā)展變化規(guī)律的研究，及以此為基礎的采場結構模型建設的相關研究成果，充分論證了無煤柱充填開采模式推廣應用的重要意義。 采場推進實現(xiàn)垮落的巖層和保持向煤壁前方傳遞作用力聯(lián)系的裂斷巖梁（傳遞巖梁）運動和相關的支承壓力分布發(fā)展規(guī)律（如圖1所示）：包括推進至工作面長度（L0）時，裂斷巖梁發(fā)展到最上部（最大裂斷拱高）時的第一次來壓階段和保持相對穩(wěn)定的拱高，所有巖梁進入周期性裂斷的正常推進階段。倚揉暇刃挨溺悶相局傀婦皮熟秸薛炮誓拽盞洞組嘻蘇牲瘋佯放旁種餅爪豎掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202214 涉及無煤柱充填開采模式優(yōu)化設計和有效5712/2/202258

達到工作面長度時，沿工作面長度方向切割揭示的裂斷拱內巖層和兩側煤壁上的支承壓力分布狀況如圖2所示。圖1

推進方向采場裂斷拱發(fā)展變化示意圖嚙唱楞彤辣啄咆京堵晶膏攔沂茨繁根淀麻略莆便粒拉懊給衍速皖蔑糊橇斬掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202215達到工作面長度時，沿工作面長度5812/2/202259圖2采場推進距離（L0）時采場結構模型咋哄底少恤畢古憶凌豆截褂槽慧恢葬未沉雍管級鴦聘謙籽蓬糞勇袖恃肌級掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202216圖2采場推進距離（L0）時采場結構模5912/2/202260 ②采場結構模型建設與相關事故發(fā)生原因條件及事故控制的關系采場及準備巷道推進產(chǎn)生的促使圍巖向已采空間運動的礦山壓力及其顯現(xiàn)是煤礦頂板、瓦斯、沖擊地壓等重大事故的根源。研究不同采動條件下礦山壓力大小、分布及覆巖運動破壞的規(guī)律，包括受采動影響運動和破壞的巖層范圍和受采動影響重新分布的應力場范圍及其應力大小分布的特征，以及他們在形成和發(fā)展過程與相關事故和環(huán)境災害間的關系，是煤礦重大事故和環(huán)境災害控制的基礎。桌亭佳尋龐知嗡鉆卑社報末間虐蠕技再諧腦咸棠惠屜鍬惋廬菊鉻逸特謅祁掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202217 ②采場結構模型建設與相關事故發(fā)生原因6012/2/202261我們把描述不同開采深度和覆巖情況等既定條件的煤層，在不同采動條件(包括采高、工作面長度及開采程序等)下覆巖運動破壞和礦山壓力大小、分布及其隨采場推進發(fā)展規(guī)律的模型定義為采場結構力學模型。針對具體煤層條件和采動條件（包括工作面長度、采高和開采程序等），科學正確的建立起該結構模型和確定相關結構參數(shù)，是實現(xiàn)該工作面推進過程中事故、環(huán)境災害控制、相鄰采場回采巷道掘進準備、回采推進過程中的事故和環(huán)境災害控制的基礎。膏繁申嘉頸鞭像疽擋靈貢悅況津汛氓刑隸熱貼凝緯腦礎懷碼龜扦霧箱潦拾掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202218我們把描述不同開采深度和6112/2/202262圖3為近水平煤層當工作面推進到工作面長度后采場進入正常推進階段平行工作面切割的采場結構力學模型。顯然，如果該工作面長度條件下形成的破壞拱溝通上部含水層，采場透水事故即不可避免。同樣，如果上部存在有高含瓦斯的煤層或者著火的煤層與之溝通，采場推進過程中就有發(fā)生瓦斯和火災等重大事故的可能性。圖3采場結構模型圖塔芽量鑿孿焊厘茵欣擒外肖優(yōu)渾繩抹節(jié)難剃曲繪芥趴桑著元遙傈縫瀝杯程掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202219圖3為近水平煤層當工作面推進到6212/2/202263

圖中1、2、3為該工作面的相鄰接續(xù)采場回風道可能的位置。顯然，如果巷道選擇在煤層已經(jīng)破壞的“內應力場”中，即圖中1的位置，且其是在涉及內應力場受力大小的破壞拱內巖層完全穩(wěn)定之后開掘，則沖擊地壓、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就可以避免。該巷道支護需要考慮控制的巖層，僅僅是老塘已經(jīng)垮落的部分(即直接頂)，因此支護受力很小，維護也比較容易。

相反，如果該巷道開掘在采場應力高峰的部位，即圖中2的位置，在煤層存在著瓦斯突出、沖擊地壓傾向的條件下，不采取特殊解危措施，則相關重大事故將不可避免，在該位置開掘巷道，其變形破壞如果將波及到下部承壓水源的斷層破壞區(qū)，底板突水事故即有可能發(fā)生。顯然，在高應力區(qū)開掘和維護的巷道，即使開掘的時間在上部采場穩(wěn)定之后都會是困難的。接續(xù)工作面推進時疊加的支承壓力將達到難以承受的限度，巷道維護將極其困難。裝造噶擔誣盡鯨鬧喂唁稱附酚僅接援黍吐里洶蕭蕉勢泉或婚宦控眾冗胺說掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202220圖中1、2、3為該工作面的相鄰6312/2/202264

在采用煤柱護巷條件下，回采工作面推進產(chǎn)生沖擊地壓、瓦斯突出事故時，煤柱保護的風巷破壞范圍要比機巷大得多。此時在預留同樣煤柱寬度的位置3掘進下區(qū)段回風巷引起相關的事故將不可避免。相反，如果采用在圖4中4的位置實施在穩(wěn)定的內應力場中送巷，則上述事故災害即可完全避免。圖4沖擊地壓與采場支承壓力分布關系檀叫疆而戀詹猖呻輾韌寒呀冒貍汞竊斧奶博萎塘建臉批組完鵲腫兢北湍袒掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202221在采用煤柱護巷條件下，回采工作6412/2/202265

在有沖擊地壓和煤層突出危險的工作面發(fā)生的相關事故與覆巖運動和應力場分布發(fā)展間的關系如圖5所示，即工作面推進至接近工作面長度“內應力場”產(chǎn)生事故發(fā)生的可能性很大，進入正常推進的平穩(wěn)階段，有足夠寬度的內應力場緩沖，工作面很難出現(xiàn)災害性的事故。圖5正常推進階段沖擊地壓發(fā)生的規(guī)律饒佐帽惋巒西虛蛹傷星另政而常藏覽喪樓肛碼臭集隴鎢舵嘔萍異慢險熾誤掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202222在有沖擊地壓和煤層突出危險的工6512/2/202266 在生產(chǎn)現(xiàn)場針對具體煤層條件，建立用以預測和控制相關事故發(fā)生的采場結構模型，包括模型組成和相關結構參數(shù)的確定，一般包括以下三個步驟： ①應用理論模型，針對具體煤層地質條件和采場條件推斷模型結構組成和相關結構參數(shù)，即理論推斷階段；

②通過對“建?！钡脑嚥晒ぷ髅娴膶崪y研究，校驗理論模型和相關結構參數(shù)計算數(shù)學模型，以及所用巖石力學參數(shù)的正確性，即現(xiàn)場實測研究階段；③在實測研究的基礎上調整相關計算數(shù)學模型和相應的力學參數(shù)，完成適用于本煤層不同采深和不同條件事故預測和控制決策的“采場結構模型”建設。采鴻堿菠注接拈努斷銥爆溫忿嵌婿棠瓷嘗巍煥市輝摯穢吝孔咽樣樹妻桂龔掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202223 在生產(chǎn)現(xiàn)場針對具體煤層條件，建立用6612/2/202267(2)在“內應力場”掘進和維護巷道的礦壓控制理論研究

圖6采場推進“內應力場”范圍煤層壓力和壓縮過程賤括艘警敢視械框決襲沫培錢攫淋稠旱孩源昨擠究霞鄧陪豢博前梨迷堆套掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202224(2)在“內應力場”掘進和維護巷道的6712/2/202268采場兩側煤壁上承受的壓力隨工作面推進發(fā)展變化的規(guī)律如圖6所示。其中工作面從推進開始至“a+b”處范圍表達了該區(qū)間破壞前后，在采場支承壓力作用下受力變化的過程。由此繼續(xù)推進至工作面長度L0范圍的壓力曲線，則表達了已破壞的煤壁（即已形成的“內應力場”中）在裂斷拱內巖層沉降運動作用下受力大小變化的過程。圖中相關曲線分別表達了裂斷拱內垮落矸石在裂斷巖梁下沉壓力作用下壓實過程中，“內應力場”煤壁上承受的壓力進入穩(wěn)定的發(fā)展過程。鯉黑置織則壓未詠磅兼疥捅掃前退塢烹峪把帽彤來壕賴馴藕更館暢煮塢撈掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202225采場兩側煤壁上承受的壓力6812/2/202269

顯然，等到工作面推進至Lmax，即巖梁沉降穩(wěn)定后開始沿空送巷并保持一定的滯后距離，巷道承受的壓力將很小，不超過垮落的直接頂作用力。同樣，如果采用沿空留巷方案，在工作面推進Lmax后再讓巷旁充填材料承受壓力，則要求充填材料阻抗力可以減少到足以抗衡垮落直接頂?shù)淖饔眉纯?。巷道表達上述結構模型側幫煤柱上承受的垂直壓力表達式為：搐忘見幌拉撞吭鑰誓莢瘴欽鷗養(yǎng)期歷跳車剖澤櫻咬抓涸遁概麥跑斂昆德針掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202226 顯然，等到工作面推進至Lmax，即6912/2/202270(3)沉陷控制研究的相關理論成果

通過不同工作面長度和開采深度條件下地表沉陷實測分析研究抽象建立的采動沉陷預測控制結構力學模型如圖7所示。圖7采動沉陷預測控制結構力學模型亭率裸味率術妊菩綴析愧滅刻聞膀馱廠晉秋程獄裕篙傍灑拆扦褲袍炳彰綱掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202227(3)沉陷控制研究的相關理論成果圖77012/2/202271其中

—裂斷拱兩側煤壁壓縮量—裂斷拱上部巖層最大撓曲沉陷值—表土含水層水位下降后壓縮沉陷值其中—沉陷巖層面積—開采深度—沉陷巖層邊界移動角—采場支承壓力分布范圍—煤層抗壓剛度上述公式近似計算可表示為：在既定工作面長度（L0）條件下的地表最大沉陷值ωmax為霜性汾轅肪吧此社琉溪硝芝僳歷溪囊尉漿煙汀昨屎胞醛諄譬謙須甸藝更京掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202228其中—裂斷拱兩側煤壁壓縮量其中7112/2/202272圖8采場支承壓力三維結構力學模型既定工作面長度下，支承壓力范圍S分布如圖8所示模型由下列平衡方程表示：閑贖蔥札抽大貫變熬治派轍腦枝遣希拋瞇活滋恐組鎊鋪童鵬棒怕啤恢篷況掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202229圖8采場支承壓力三維結構力學模型7212/2/202273裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計算：

其中E-巖層彈性模量γp-巖層容重既定采深H和工作面L0條件下的沉陷范圍Sb可由下式表示：吱竭芬啦酵袋連韶孜際腎斑爆棧徘忠法養(yǎng)囚旱吐樸現(xiàn)帳踞疲霹駭側顴黔滲掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件掘進工作面推進沖擊地壓原因及條件12/1/202230裂斷拱上巖層撓曲沉陷值可用下式近似計算7312/2/2022