创新点

（1）依据“强弱强”结构模型，提出了保护内强小结构不受破坏，同时致裂中间弱结构的关键技术—内置钢管支撑护壁技术，研究了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律，解决了冲击区域巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲的矛盾。

（2）提出了一种简单有效的致裂煤岩体实现中间弱结构的技术—反复掏裂技术，理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素以及多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数的关系。在指定区域适当时间致裂中间弱结构，可以有效吸收冲击地压能量，减弱冲击地压对巷道的破坏，对于冲击地压的防治具有重要意义。

（3）提出了锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术，分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏的能量准则和弱结构吸能效应；提高巷道帮部围岩稳定性，有效控制了巷道变形，支护效果显著，可在高应力强冲击同类巷道进行推广应用。

1 作 者

高明仕1,2,贺永亮1,2,陆菜平1,2,邵 轩3,杨 征4

2 单 位

1.中国矿业大学 矿业工程学院；2.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室；3.河南大有能源股份有限公司 常村煤矿；4.陕西陕煤榆北煤业有限公司

3 研究背景

冲击地压是影响煤矿安全高效开采最严重的动力灾害之一,随着煤矿开采深度不断增加,冲击地压危害越来越严重。据不完全统计,发生在巷道内的冲击地压事故占冲击地压总数的90.8%。现有的冲击地压巷道支护体系仅从支护角度进行设计,未考虑动静载能量的吸收和转移,巷道防冲主要是开采保护层、钻孔卸压、爆破卸压等措施,卸压的同时有可能使巷道的支护体系遭到破坏。卸压技术对控制巷道变形及冲击地压防治在短期内效果显著,随着服务年限的增加,应力转移过程中弱化了巷道围岩强度,使巷道稳定性下降。冲击区域巷道内强主动支护与卸压防冲的矛盾无法协调解决,不能同时满足冲击地压巷道的支护与防冲要求。

支护材料和支护方式的发展极大推动了冲击地压巷道支护技术的改革,但从现场应用及实际效果看,巷道围岩内部卸压防冲破坏了巷道支护结构,使巷道支护强度明显减弱,冲击地压巷道支护与卸压无法同时满足,不能有效控制巷道围岩变形,冲击地压巷道内强主动支护与卸压防冲的矛盾有待深入研究和解决。

4 摘 要

为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏能量准则和弱结构吸能效应。

根据钻孔破碎区力学特征理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素,多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数有关。

通过数值模拟分析了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律。研究了内强小结构主动支护强化技术,中间卸压防冲弱结构的内置套管反复掏裂致裂方法,并通过微震能量监测验证了弱结构防冲吸能效应。

研究结果表明:内置钢管支撑护壁技术在保护内强小结构不受破坏的作用下可以多次进行弱结构致裂,既防内强小结构松动圈裂隙扩展,又防止巷道支护层的整体失稳。

工程实践表明:锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术,微震监测显示震动能量减少了50%,巷道两帮位移和顶板下沉显著较小,有效维护了巷道围岩稳定性,保证了工作面顺利安全回采。

5 部分图片

21170工作面示意及煤层柱状

21170运输巷原支护断面

巷道破坏

强弱强结构控制模型及变化特征

强弱强结构分析示意

致裂区分析

模型计算

竖直方向应力图

X方向位移计算

支护与卸压协调机制示意

巷道具体支护参数

弱结构构建示意

21170运输巷两帮位移变化

21170运输巷顶板下沉量

弱结构致裂前后微震能量监测

21170运输巷效果

6 作者简介

高明仕，男，1970年2月生，甘肃靖远人，中国矿业大学矿业工程学院教授，博士生导师，新疆大学“天山学者”特聘教授，中央（国家）机关第8批优秀援疆干部人才。研究成果获中国煤炭工业协会科技进步特等奖1项，省部级科技进步一等奖2项，三等奖3项。出版专著一部，发表学术论文80余篇，获国家发明专利4项，实用新型专利13项，国家软件著作权1项。江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省煤矿安全生产专家，第五届国家安全生产专家组成员，全国煤矿支护先进个人。

研究方向

巷道支护与矿压控制、冲击地压灾害防治

主要成果

致力于煤矿开采矿山压力及其控制方面的科研和教学工作，主持国家自然科学基金、教育部科学技术研究重点项目及永煤、西山、平顶山、淮南、淮北、义马、榆北、彬长、汇森煤业等企业委托课题60余项，多年来一直坚持深入矿井一线研究解决煤矿中的开采、支护及冲击地压技术难题，在巷道围岩控制理论及技术、深部开采冲击矿压灾害防治研究领域取得了一定的成绩。发明了煤矿地下岩体围岩强度原位快速测试方法，设计了巷道钻爆法爆破参数自动设计辅助系统，提出了深部巷道厚层泥岩顶板梯次支护、高应力大变形软岩巷道全断面O型控制、顶帮底主控裂隙联动控制等技术和原理，持续多年专注于冲击地压巷道支护及灾害防治研究，开展了系列工程试验，提出了煤矿冲击地压巷道支护的强弱强理论，建立了冲击矿震能级与巷道围岩支护强度之间的对应关系，提出了基于冲击危险性综合指数评判的冲击地压巷道支护设计新方法。

来源：

高明仕,贺永亮,陆菜平,等.巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲协调机制[J]. 煤炭学报,2020,45(8):2749-2759.

GAO Mingshi,HE Yongliang,LU Caiping,et al. Coordination mechanism of internal strong active support,soft structure pressure relief and anti-punching of roadway[J].Journal of China Coal Society,2020,45(8):2749-2759.

责任编辑：郭晓炜编辑整理：郭晓炜审 核：常琛

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