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, 姜福兴, 刘金海, 马玉镇, 孟祥军, 张修峰, 姜亦武, 曲效成, 王保齐

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, 2020, 45(11): 3667-3677.
引用本文: 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, 2020, 45(11): 3667-3677.
ZHU Sitao, JIANG Fuxing, LIU Jinhai, et al. Types,occurcenec mechanism and prevention of overall istability induced rockbursts in China coal mines[J]. Journal of China Coal Society, 2020, 45(11): 3667-3677.
Citation: ZHU Sitao, JIANG Fuxing, LIU Jinhai, et al. Types,occurcenec mechanism and prevention of overall istability induced rockbursts in China coal mines[J]. Journal of China Coal Society, 2020, 45(11): 3667-3677.

我国煤矿整体失稳型冲击地压类型、发生机理及防治

Types,occurcenec mechanism and prevention of overall istability induced rockbursts in China coal mines

  • 摘要: 整体失稳型冲击地压是近年来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,孤岛工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。研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的借鉴意义。
    Abstract: The overall instability induced rockburst is a new type of rockburst in the process of deep coal mining in China in recent years,and its released energy and destructiveness are far greater than the common local rock burst.By using the methods of field investigation,theoretical analysis and field monitoring,based on the analysis of the engineering characteristics and rockburst appearance features of three overall instability induced rockburst accidents in China’s coal mines,the overall instability induced rockburst in China is classified into three categories,namely the overall instability induced rockburst in island working face,the overall instability induced rockburst in main roadway and the overall instability induced rockburst in bottom coal.Regarding those three types,the mechanical mechanism models of three types of overall instability induced rockburst were established.Then,the rockburst risk assessment method and prevention countermeasures of three types of overall instability induced rockburst were proposed.Finally,the mechanism of the three types of overall instability induced rockburst was presented.The occurrence mechanism of the overall instability induced rockburst in the isolated working face is that when the total stress formed by the superposition of the self weight of the overlying strata and the transfer load on both sides of the goaf exceeds the overall bearing capacity of the isolated working face,the overall instability failure of the elastic core in the middle of the island working face induces the rock burst disaster.The occurrence mechanism of the overall sliding instability induced rockburst in bottom coal is that when the abutment pressure of the working face exceeds the critical stress of rockburst and slip of bottom coal,meanwhile incurring the rockburst and slip of bottom coal,forming the whole sliding unstable rockburst of bottom coal.The mechanism of overall instability induced rockburst of main roadway coal pillar is that the stress of main roadway coal pillar is highly concentrated under the superposition of self weight stress,structural stress,roadway excavation,and pressure relief transfer stress,etc.When the stress concentration exceeds the overall bearing capacity of coal pillar,the elastic core in the middle of the coal pillar will have an overall instability impact,leading to serious impact damage on both sides of the coal pillar.Due to the complex mining conditions in deep mines,a variety of concealed overall instability rockbursts can be found during the mining process.Therefore,to prevent rockbursts,it is necessary to strengthen the risk identification and prevention of such concealed overall instability rock bursts.The research results have certain reference significance for the safe mining of working face under similar conditions.
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    1. 廉强. 急倾斜煤层综放面冲击地压防治工程研究. 山东煤炭科技. 2025(01): 116-120 . 百度学术
    2. 闫才,朱斯陶,彭广林,李士栋,孔震,周广飞,雒军莉,张浩,张翔. 巨厚土拱-孤岛煤柱结构失稳冲击机理研究. 中国安全生产科学技术. 2025(02): 44-51 . 百度学术
    3. 张建卓,万传旭,肖永惠,陈策,王涛,郭昊. 吸能构件阻力特性对液压立柱抗冲击特性影响研究. 振动与冲击. 2025(04): 217-228 . 百度学术
    4. 袁腾飞,孔震,陈祥祥. 基于防冲的深部孤岛工作面合理宽度设计方法研究. 山东煤炭科技. 2025(02): 94-99 . 百度学术
    5. 闫耀东,陈昆,赵森,吕飞,郝电伟,史锐. 综采临空巷道顶板爆破预裂防冲机制及效果分析. 煤炭工程. 2025(02): 86-93 . 百度学术
    6. 李家卓,邱航,窦林名,王剑,刘舜,马衍坤. 深部开采强动载波形分类特征及震源参量响应规律. 采矿与岩层控制工程学报. 2025(02): 77-93 . 百度学术
    7. 王勃,徐凤银,刘文革,邵嗣华,王宁,文建东,程国玺,屈争辉,谢亚东,韩甲业,李志,徐波,杨卫华,张艺腾,李长兴. 煤矿瓦斯动力灾害地面治理关键技术与应用. 煤田地质与勘探. 2025(04): 30-45 . 百度学术
    8. 高瑞,戴祥淋,于斌,杨敬轩,匡铁军,林永清. 特厚煤层孤岛工作面坚硬顶板矿压动力灾害地面区域压裂防控研究. 采矿与安全工程学报. 2025(03): 532-543 . 百度学术
    9. 杨旭,王涛,李明. 孤岛工作面长水平深孔全长水力压裂卸压机理及多参量效果分析. 煤矿安全. 2024(02): 147-158 . 百度学术
    10. 张翔,朱斯陶,张修峰,姜福兴,刘金海,陈洋,万晓,杨涛,朱淳,李佳洁. 深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制研究. 岩石力学与工程学报. 2024(03): 713-727 . 百度学术
    11. 杜才溢,张玉江,孟鑫,李杰,孔凯,杜晓峰,王博,郭育霞,刘辉. 基于钻屑量界限方程的冲击危险性判定新方法. 矿业安全与环保. 2024(01): 86-91 . 百度学术
    12. 武洋,姚强岭,吴宝杨,吴城乐. 矿震动载影响下的储水结构坝体损伤破坏特征研究. 采矿与安全工程学报. 2024(03): 561-569 . 百度学术
    13. 杨光宇,陈学慧,周宏伟. 深部综采工作面多关键层-煤柱系统失稳诱冲机理研究. 煤炭工程. 2024(05): 121-128 . 百度学术
    14. 周亚菲,王轩,胡建,王鹏,徐昆昆,黄令金. 不规则孤岛工作面回采期间应力分布特征分析. 现代矿业. 2024(05): 45-48 . 百度学术
    15. 肖自义,张兆举,宋韦晓,田国庆,王艳飞,常雁. 深井断层切割煤柱冲击地压防治实践. 煤矿现代化. 2024(04): 86-90 . 百度学术
    16. 方略,朱斯陶,李士栋,王方方,孔震,周广飞,袁腾飞,钟磊磊,彭广林. 深井高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理研究. 煤矿安全. 2024(07): 110-117 . 百度学术
    17. 郝其林,魏全德,宋建芳,杨伟利,王军辉. 巨厚硬岩下综放工作面超前效应失效机制研究. 能源与环保. 2024(07): 260-266 . 百度学术
    18. 张翔,朱斯陶,张修峰,王超,陈洋,李士栋,孔震,朱权洁,袁腾飞. 深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制及防控试验研究. 岩石力学与工程学报. 2024(10): 2552-2569 . 百度学术
    19. 朱斯陶,张翔,姜福兴,马俊鹏,张修峰,夏开文,王超,李士栋,刘金海,朱权洁,曲效成. 深井高应力大巷煤柱释能改性防冲机理及应用. 煤炭学报. 2024(09): 3711-3727 . 本站查看
    20. 周魁,王向来,张方义,岁攀峰,曹安业,郭文豪. 基于改进Critic权重法的冲击地压危险等级预测方法. 煤炭技术. 2024(11): 125-129 . 百度学术
    21. 李林峰,吴锐. 高应力卸压槽深度对隧道围岩卸压效果的离散元ABAQUS数值模拟. 江西冶金. 2024(05): 346-352 . 百度学术
    22. 鲁鑫,金佩剑. 基于冲击风险熵的冲击地压预警研究. 工业安全与环保. 2024(12): 33-37+43 . 百度学术
    23. 韩军,郭宝龙,贾冬旭,马双文,齐庆新,朱志洁,赵善坤,荣海,CAO Chen. 冲击地压的两种破坏类型及其机制. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2024(05): 524-533 . 百度学术
    24. 刘国磊,梁文昭,孟圣师,田利华,郑寓超,崔嵛. 孤岛工作面开采顶板深孔预裂减冲机制及微震响应特征. 采矿与岩层控制工程学报. 2024(06): 145-158 . 百度学术
    25. 李辉,宋宇航,毕健成,李强. 孤岛工作面侧向顶板结构及切顶卸压技术. 科学技术与工程. 2024(36): 15396-15403 . 百度学术
    26. 王虹玉,程志恒,王朋,陈亮,曲晓明,郭凯. 孤岛工作面覆岩结构演化及区段煤柱稳定性. 中国安全科学学报. 2024(11): 108-118 . 百度学术
    27. 肖自义,刘体军,赵子浩,孙伟超,廉红卫. 不对称采空区孤岛工作面应力分布及微震活动规律研究. 现代矿业. 2023(02): 201-206 . 百度学术
    28. 葛庆,孙振于,孙文杰,王聪聪,韩泽鹏. 强冲击危险孤岛工作面巷道外错岩巷布置防冲研究. 煤炭技术. 2023(04): 89-93 . 百度学术
    29. 张俊文,董续凯,柴海涛,杨磊,赵善坤,王黔,吕玉磊,贾乐乐,白俊杰,郑波,李小明,景岩峰. 地质异常区域多工作面开采结构演化及冲击地压防治. 煤炭科学技术. 2023(02): 95-105 . 百度学术
    30. 张翔,朱斯陶,姜福兴,张修峰,李士栋,王超,刘金海,陈洋,周涛,李佳洁,朱淳. 深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理. 煤炭学报. 2023(05): 2092-2105 . 本站查看
    31. 程利兴,郭洁,高斌,周翔,李灵博,高健勋,李永元,李靖宇,李义朝,汪占领,周鹏赫. 轴向冲击荷载下锚索动力响应特征试验研究. 采矿与岩层控制工程学报. 2023(04): 35-43 . 百度学术
    32. 王建辉,闫耀东,张永涛,汪海平,赵森,郝电伟. 保护层开采上覆遗留煤柱影响区冲击危险性分析. 煤炭工程. 2023(10): 61-66 . 百度学术
    33. 徐维正,许斌,唐鹏,史明伟,董文卓,张沿. 空间煤柱影响下冲击地压防治技术研究. 煤炭工程. 2023(10): 85-91 . 百度学术
    34. 裴元成,魏启明,何军,陈振华,殷鹏,贾柏懿,孙瑞,李娟. 不规则孤岛综放面应力场演变规律及破坏特征研究. 中国煤炭. 2023(10): 55-60 . 百度学术
    35. 张泉,郑义宁. 郭屯矿2303工作面冲击地压防控技术研究. 煤炭与化工. 2023(09): 12-15 . 百度学术
    36. 张修峰,陈洋. 煤柱型冲击地压类型、发生机理与防治对策研究. 煤炭科学技术. 2023(10): 1-11 . 百度学术
    37. 刘小虎. 沿空小煤柱巷道卸压-支护加固协同防控技术研究. 能源技术与管理. 2023(06): 85-88 . 百度学术
    38. 谢方鹏,侯记川,李慧波,崔超超. 动载冲击作用下煤柱动力响应特征数值模拟研究. 煤炭科技. 2023(06): 92-97 . 百度学术
    39. 张国华,刘孟森,李子波,王磊,周文俊. 切槽形式及位置对夹矸煤巷卸压效果的影响. 黑龙江科技大学学报. 2022(01): 1-6 . 百度学术
    40. 张金魁,侯涛,李民,李鹏,顾合龙. 动力扰动诱发煤层大巷冲击地压机理及其防控技术. 煤炭工程. 2022(02): 62-66 . 百度学术
    41. 朱斯陶,刘金海,姜福兴,尚晓光,孙希奎,张修峰,宋大钊,张明,王爱文,谢华东,曲效成. 我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害分类、预测与防控. 煤炭学报. 2022(02): 807-816 . 本站查看
    42. 赵猛,马志锋,李成海,巩思园,周海军,葛庆,李兴明,翟军. 冲击危险下孤岛工作面回采末期稳定性研究. 煤炭技术. 2022(04): 1-6 . 百度学术
    43. 王高昂,朱斯陶,姜福兴,张修峰,刘金海,王绪友,宁廷洲,张宇,魏全德. 倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理. 煤炭学报. 2022(06): 2289-2299 . 本站查看
    44. 苏越,高健勋. 综放工作面冲击危险性评价及监测防治技术研究. 煤炭工程. 2022(08): 42-47 . 百度学术
    45. 王高昂,朱斯陶,姜福兴,李士栋,刘金海,周涛,宁廷洲,李欢,孔震. 高应力厚煤层大巷孤立煤体蠕变失稳冲击机理及防治研究. 岩土工程学报. 2022(09): 1689-1698+9 . 百度学术
    46. 周涛,夏彪,李欢,孔震,袁腾飞,周广飞,朱斯陶. 深厚表土综放采场孤岛煤柱整体失稳型冲击机理研究. 矿业研究与开发. 2022(09): 92-98 . 百度学术
    47. 朱建波,马斌文,谢和平,高峰,周宏伟,周昌台,郑福润. 煤矿矿震与冲击地压的区别与联系及矿震扰动诱冲初探. 煤炭学报. 2022(09): 3396-3409 . 本站查看
    48. 安栋,陈征,宋义敏,宋嘉祺,许海亮. 冲击地压矿井巷道吸能防冲液压支架防冲效果研究. 煤炭科学技术. 2022(11): 12-19 . 百度学术
    49. 邢万里,李望. 基于SOS微震监测系统复杂条件不规则煤柱对冲击地压影响. 内蒙古煤炭经济. 2022(21): 187-189 . 百度学术
    50. 郄峰. 孤岛工作面回采期间冲击地压防治设计. 煤炭科技. 2021(02): 96-99 . 百度学术
    51. 王志强,黄鑫,苏泽华,田野. 临近断层工作面采动诱冲规律研究. 中国安全生产科学技术. 2021(05): 67-72 . 百度学术
    52. 朱斯陶,王博,姜福兴,张修峰,孙希奎,孙翔,刘金海,张爱民. 基于冲击地压-矿震协同控制的隔离煤柱合理宽度研究. 煤炭科学技术. 2021(06): 102-110 . 百度学术
    53. 刘金海,黄涛,王悦平,朱斯陶,李乃禄,刘虎,董续凯. 孤岛工作面防冲安全开采论证方法研究与应用. 煤炭科学技术. 2021(06): 88-93 . 百度学术
    54. 王超,颜峰,张修峰,周涛,谢华东,孙希奎,李攀,朱斯陶,马玉镇. 深井厚煤层沿空工作面合理区段煤柱宽度研究. 矿业研究与开发. 2021(07): 79-84 . 百度学术
    55. 张树勇. 长城煤矿深井工作面超前支承压力分布规律实测研究. 煤. 2021(09): 32-34 . 百度学术
    56. 温颖远,薛成春,曹安业,牛风卫,郭文豪,沈志平. 孤岛煤柱条件下冲击危险工作面终采线位置优化设计. 煤矿安全. 2021(09): 190-195+203 . 百度学术

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