板內(nèi)增加大仰角的基本頂弱化孔，達(dá)到切斷能量傳遞“ㄟ”路徑，消耗中賦存的高能量；②針對已傳遞至煤體內(nèi)的剩余彈性能，可采取煤體高壓注水的方法。通過改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)，降低煤體沖擊傾向性、消耗一部分彈性能；③針對分布在頂板巷煤幫側(cè)的殘余彈性能則采用煤幫大直徑空孔卸壓方法。通過增加巷道煤幫的塑性區(qū)范圍，達(dá)到消耗煤幫側(cè)彈性能，

如圖9所示，超前頂板彈性能釋放后，Ⅰ區(qū)內(nèi)彈性能釋放明顯。Ⅱ區(qū)受到爆破工藝的限制，工作面上部彈性能釋放效果明顯，未耗散的剩余彈性能轉(zhuǎn)移至具備承載能力的巖層內(nèi)。所以在上覆巖層的外層承形成載結(jié)構(gòu)與頂板未釋放區(qū)內(nèi)均聚集較高的彈性能，“人”了字型彈性能分叉形態(tài)。

“人”“丿”字型彈性能分叉中的是由于超前頂板深孔爆破后形成的裂隙區(qū)的頂板失去聚集彈性能的能力。上覆巖層荷載由距離煤層較遠(yuǎn)的關(guān)鍵層即外層承載結(jié)構(gòu)承擔(dān)。關(guān)鍵層的屏蔽保護(hù)以及骨架作用使得該層巖體聚集大量的彈性能

。

322

煤炭學(xué)報(bào)

2014年第39卷

促進(jìn)彈性能轉(zhuǎn)移至煤壁深部區(qū)域的目的。

可見，懸頂能量釋放階段工作重點(diǎn)為預(yù)先釋放重點(diǎn)弱化區(qū)內(nèi)彈性能，避免由懸頂斷裂導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)

字型彈生。次生能量消耗階段工作重點(diǎn)為針對“人”性能分叉特點(diǎn)，對頂板及煤體進(jìn)行定向彈性能釋放，

利用多種卸壓方法逐級消耗次生彈性能，防止次生災(zāi)害的發(fā)生。

彈性能定向釋放防沖布置方案如圖10所示。首先在頂板巷和底板巷內(nèi)各布置1組超前頂板爆破孔，每組炮孔包括端頭弱化孔與基本頂弱化孔。頂板巷的基本頂弱化孔①的可切斷頂板未弱化區(qū)內(nèi)彈性能傳遞路徑。端頭弱化孔②，③的主要作用是定向釋放頂板x=0至x=1/6l區(qū)域內(nèi)的彈性能。底板巷的基本頂弱化孔④，⑤可定向釋放頂板x=5/9l至x=7/9l區(qū)域內(nèi)的彈性能。在爆破工藝以及設(shè)備等因素滿足的情況下，盡量減�、�，④孔之間的間距，并保證爆破高度為承載巖層一半以上即大于20m。在頂板巷布

表1

Table1

孔號①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

孔徑/mm80808080804545120120

鉆孔仰角/（°）

9560300～530－45－25－55

置1組覆蓋煤層中下部區(qū)域的高壓注水孔⑥、⑦以改

“ㄟ”變易彈性能分叉中區(qū)域內(nèi)煤體的物理性質(zhì)。在頂板巷和底板巷內(nèi)各布置1組大直徑空孔⑧、⑨以消

耗局部區(qū)域內(nèi)彈性能。最終形成定向釋放防沖方法，具體參數(shù)見表1

。

圖10

Fig.10

頂板彈性能定向釋放防沖方案

Directionalelasticenergyreleasingmethodscheme

防沖方法參數(shù)匯總

Parametersofrockburstcontrolmethods

鉆孔長度/m

453230503840301515

裝藥長度/m

2920192724————

裝藥量/kg

4934324540————

封孔長度/m

16121123142010——

注水壓力/MPa

—————2525——

在走向方向上，沖擊地壓防治方案主要根據(jù)沖擊地壓危險(xiǎn)性區(qū)域劃分與頂板活動時(shí)期制定。在弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，超前工作面100m范圍內(nèi)沿走向進(jìn)行單輪次防沖卸壓。每組在傾向上按照圖10所示方案布置。

走向上超前頂板深孔爆破孔的組間距為10m，煤層高壓注水、大直徑空孔的組間距為5m，超前工作面100m范圍內(nèi)順序進(jìn)行解危。在強(qiáng)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，采用沿走向多輪次防沖卸壓。第1輪與單輪次防沖參數(shù)一致。第2輪則在周期來壓前幾日在工作面前方60m范圍內(nèi)進(jìn)行二次解危。二次解危主要以對頂板的彈性能定向釋放為主，所以第2輪由2個(gè)孔組成，分別為端頭弱化孔②、④。弱化孔布置在首輪兩組防沖弱化之間進(jìn)行，組間距為10m一組�？稍趶�(qiáng)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)形成組間距為5m的防沖帶，如圖11所示

。

圖11Fig.11

頂板彈性能定向釋放防沖方法走向布置

Diagramofholelayoutschemeinfrontoftheface

6防沖效果檢驗(yàn)

自2013年11月王家山礦施行彈性能定向釋放

防沖方法，至2014年4月未發(fā)生沖擊地壓事件。如圖12所示，采取防沖措施后周期來壓步距平均減小27%，來壓期間動載系數(shù)平均下降17%，來壓

增刊2張基偉等：大傾角特厚煤層懸頂結(jié)構(gòu)能量分布特征與防沖方法

323

期間支架阻力平均下降10%，未見安全閥開啟，僅在工作面中下部存在煤體片幫現(xiàn)象�？梢姡瑧翼斈芰酷尫判Ч�明顯，能夠縮短周期來壓步距、降低頂板斷裂釋放的動能

。

圖14

Fig.14

來壓期間的平均動載系數(shù)曲線

Dynamicloadingfactorduringpressurized

period

圖12

Fig.12

推進(jìn)度與支架阻力的關(guān)系

Ｒelationshipofimpelspeedandsupportresistance

如圖13所示，在懸頂釋放階段工作面中上部的支架平均阻力下降程度最大，約為20%。而工作面特別是距離下出口24m位置的下部支架平均阻力，

2號支架阻力上升�？勺C實(shí)頂板能量釋放后形成的“人”字型彈性能分叉對圓弧段區(qū)域的影響較大。采取彈性能遞減防沖方案后，工作面下部支架來壓期間非對稱彈性能遞減防沖阻力下降約為20%�？梢姡�

對圓弧段區(qū)域彈性能分布影方案成功的解決“ㄟ”響

。

Fig.15

圖15

地音監(jiān)測能量與頻次變化曲線

Frequencyandenergyofearth-soundmonitoring

7結(jié)論

（1）考慮上覆巖層載荷、水平構(gòu)造力、工作面下

部充填矸石支撐力、殘余煤柱支撐力等因素，建立了

并利用力法求解出彎曲變形傾斜懸頂結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，

能分布函數(shù)。確定了頂板重點(diǎn)防治區(qū)域坐標(biāo)為x=0至x=1/6l及x=5/9l至x=7/9l。

（2）利用UDEC2D對大傾角煤層頂板彈性能定向

發(fā)現(xiàn)彈性能釋放后會形成“人”釋放效果進(jìn)行分析，

圖13

Fig.13

來壓期間的平均阻力曲線

字型能量分叉形態(tài)。其中能量分叉“ㄟ”是頂板防沖

卸壓后的主要災(zāi)源。

（3）針對重點(diǎn)防治區(qū)域與“人”字型能量分叉形態(tài)，提出了彈性能定向釋放沖擊地壓防治方法，將防治過程分為懸頂能量釋放階段與次生能量消耗階段。并根據(jù)不同階段的防治機(jī)理，設(shè)計(jì)相應(yīng)的防治方案。

（4）利用頂板動態(tài)監(jiān)測與地音監(jiān)測進(jìn)行防沖效不僅能果檢驗(yàn)。證明利用彈性能定向釋放防沖方法，

夠有效消耗頂板重點(diǎn)區(qū)域的能量，降低由頂板能量突然釋放導(dǎo)致沖擊地壓的危險(xiǎn)。還能逐層消耗頂板爆破后產(chǎn)生的能量分叉“ㄟ”對工作面下部區(qū)域的影避免次生災(zāi)害的發(fā)響�？捎行�切斷能量傳遞路徑，生。參考文獻(xiàn)：

［1］竇林名，陸菜平，牟宗龍，等．沖擊礦壓的強(qiáng)度弱化減沖理論及

Averageresistanceduringpressurizedweight

12月11—12日2d內(nèi)頂板巷超前如圖14所示，

25m范圍內(nèi)頂板壓力較大可達(dá)到22MPa左右，煤壁有片幫現(xiàn)象。根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域劃分，該區(qū)域發(fā)生過沖擊地壓，為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。所以在12月13日檢修班按照防沖方案開展二次防沖卸壓。12月13日在工作面超前25m范圍內(nèi)的頂板壓力顯著降低。說明二次解危減小了發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性。

12月13日能量如圖15所示，二次防沖解危后，

與頻次均顯著下降。且在12月16日頂板來壓期間，

4

煤巖體的能量與頻次平穩(wěn)上升，且能量小于10J。

說明二次防沖卸壓達(dá)到釋放端頭彈性能、降低來壓強(qiáng)

保證了沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的安全

。度的效果，

324

2005，30（6）：690－694．其應(yīng)用［J］．煤炭學(xué)報(bào)，

煤炭學(xué)報(bào)

2014年第39卷

2010，35（2）：182－184．nalofChinaCoalSociety，

［9］伍永平，解盤石，王紅偉，等．大傾角煤層開采覆巖空間傾斜砌

．煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（8）：1252－1256．體結(jié)構(gòu)［J］

XiePanshi，WangHongwei，etal．InclinemasonryWuYongping，

structurearoundthecoalfaceofsteeplydippingseammining［J］．2010，35（8）：1252－1256．JournalofChinaCoalSociety，

［10］解盤石，伍永平，王紅偉，等．大傾角煤層長壁開采覆巖空間活

J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40（9）：1－5．動規(guī)律研究［

XiePanshi，WuYongping，WangHongwei，etal．Studyonspaceac-tivitylawofoverburdenstrataabovelongwallcoalminingfacein．CoalScienceandTechnology，2012，highinclinedseam［J］40（9）：1－5．

［11］侯朝炯，馬念杰．煤層巷道兩幫煤體應(yīng)力和極限平衡區(qū)的探討

［J］．煤炭學(xué)報(bào)，1989，7（4）：21－29．

HouZhaojiong，MaNianjie．Stressinin-seamroadwaysidesand1989，limitequilibriumzone［J］．JournalofChinaCoalSociety，7（4）：21－29．

［12］于遠(yuǎn)祥，洪

興，陳方方．回采巷道煤體荷載傳遞機(jī)理及其極限

J］．煤炭學(xué)報(bào)，2012，37（10）：1630－1636．平衡區(qū)的研究［

YuYuanxiang，HongXing，ChenFangfang．Studyonloadtransmis-sionmechanismandlimitequilibriumzoneofcoal-wallinextrac-．JournalofChinaCoalSociety，2012，37（10）：tionopening［J］1630－1636．

［13］劉鴻文．材料力學(xué)（Ⅱ）［M］．北京：高等教育出版社，2004．［14］趙毅鑫，姜耀東，田素鵬．沖擊地壓形成過程中能量耗散特征研

．煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（12）：1979－1983．究［J］

JiangYaodong，TianSupeng．Investigationonthechar-ZhaoYixin，

acteristicsofenergydissipationinthepreparationprocessofcoalJ］．JournalofChinaCoalSociety，2010，35（12）：1979－bumps［1983．

［15］錢鳴高，．徐州：石平五，許家林，等．礦山壓力與巖層控制［M］

2010．中國礦業(yè)大學(xué)出版社，

［16］牟宗龍．頂板巖層誘發(fā)沖擊的沖能原理及其應(yīng)用研究［J］．中

2008，37（6）：149－150．國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，

MuZonglong．Studyoftheburst-energyprincipleofrockburstin-ducedbyroofstratumanditsapplication［J］．JournalofChinaUni-2008，37（6）：149－150．versityofMining＆Technology，

［17］徐芝綸．彈性力學(xué)（Ⅰ）［M］．北京：高等教育出版社，2004：

257－258．

DouLinming，LuCaiping，MuZonglong，etal．Intensityweakening．JournalofChinatheoryforrockburstanditsapplication［J］2005，30（6）：690－694．CoalSociety，