煤矿冲击地压检查手册（冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能）
煤矿冲击地压检查手册（冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能）背 景单位：1.西安科技大学能源学院；2.西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室；3.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室；4.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司；5.国家能源集团新疆能源有限责任公司；6.中国矿业大学矿业工程学院（3）在分析当前煤矿产能确定方法及不足的基础上，揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征，提出了根据不同采动强度下的开采扰动特征反向确定矿井合理的采动强度，进而确定矿井产能的方法，主要包括降低产能和实施煤岩力学改性，并对孟村煤矿的开采方法进行了优选，为指导矿井冲击地压灾害防治提供了科学依据。 冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能作者：崔峰1 2 3，张廷辉1 2，来兴平1 2，王苏健4，陈建强5，钱德雨6
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创新点
（1）厘清了我国自建国以来煤炭年产量与冲击地压矿井数目的内在联系，指出随煤矿开采装备水平的提高与矿井作业人员管理及技术水平的提升，煤炭资源的开采量大幅度上升，这直接导致了采动强度的加大，进而产生了较多的冲击地压矿井。在相同采动强度下，深部原岩应力和采动应力叠加所产生的动力灾害区要明显大于浅部两者叠加所产生的动力灾害区，表明深部开采更易诱发冲击地压等动力灾害。
（2）从冲击地压矿井为了实现达产的现实角度出发，在产能的约束下设计了3种不同采动强度开采方案，利用数值模拟及理论分析根据不同采动强度下煤岩采动应力、能量释放及覆岩垮落结构特征，结果表明整层开采的顶底板应力、超前支承压力及冲击危险性均大于分层开采，且前者存在明显的应变能峰值前移现象。并指出工作面采厚增加将会引起关键块的回转角及断裂度增大，提高了滑落失稳及回转失稳的可能性，推进速度加快将会提高回转失稳的可能性，更易诱发上覆岩层破断及能量大量释放，从而提高冲击危险性。
（3）在分析当前煤矿产能确定方法及不足的基础上，揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征，提出了根据不同采动强度下的开采扰动特征反向确定矿井合理的采动强度，进而确定矿井产能的方法，主要包括降低产能和实施煤岩力学改性，并对孟村煤矿的开采方法进行了优选，为指导矿井冲击地压灾害防治提供了科学依据。
冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能
作者：崔峰1 2 3，张廷辉1 2，来兴平1 2，王苏健4，陈建强5，钱德雨6
单位：1.西安科技大学能源学院；2.西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室；3.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室；4.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司；5.国家能源集团新疆能源有限责任公司；6.中国矿业大学矿业工程学院
背 景
经过长期大规模的开发，我国浅部煤炭资源日益枯竭，煤炭生产重心逐步向深部转移，我国煤炭资源已大规模步入深部开采，但是由于深部开采过程中存在覆岩结构复杂、高强度开采、冲击地压防控经验不足等多种问题从而导致深部开采过程中冲击地压事故频繁发生。对于深部的定义，谢和平院士指出深部不是深度，而是一种力学状态，深部的概念应该综合反映深部的应力水平、应力状态和围岩属性。据不完全统计，我国超1000m深井共计47座，总产量达 9456万t，平均埋深1100m。除上述超千米深井外，近 5a来，我国新增深部矿井16对，包括陕西彬长、永陇矿区12座矿井、呼吉尔特矿区、上海庙矿区等，而这些深部矿区将承担我国未来主要的煤炭生产任务。进入深部开采后，深部岩石处于“三高一扰动”的复杂力学环境中，致使深部资源开采中出现冲击地压等灾害事故。针对冲击地压灾害防治，姜耀东等指出主要的防治技术包括：优化采掘布局、对具有冲击危险性的区域进行煤岩原位改性、增大支护强度及改善支护方式等。对于具体矿井而言，矿井采掘布局已基本确定，冲击地压的防控措施主要包括调控开采强度和主动卸压改性，但综合来看，造成高应力集中和弹性能积聚的原因主要是高强度开采，如过快的开采速度、过大的采高、过大的工作面尺寸等。而关于高强度开采的定义，我国学者开展了大量的研究。
以往学者从地质条件、煤层赋存条件、开采工艺、采煤设备发展水平、岩石力学实验等多个维度丰富了高强度的定义。但未考虑矿井产能与采动强度之间的关系，如为了深刻汲取山东能源龙郓煤业“10·20”等冲击地压事故教训，国家煤监局于2019年5月发布《国家煤矿安监局关于加强煤矿冲击地压防治工作的通知》，规定冲击地压矿井生产规模不得超过 800万t/a，从冲击地压煤矿产能这一角度进一步限定了工作面的采动强度。谭云亮等分析了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系，指出开采进尺越大，则产生动能就越高，降低推采速度、减少进尺有利于降低产生的动能。王博等指出同一推采时间下推采速度越快，基本顶悬顶距越长，断裂前积聚的弹性能越多，超前支承压力峰值距煤壁越近，峰值越大，易超过发生冲击地压的临界值，能量释放促使工作面煤壁发生冲击。综合分析可知，采掘工作面的采动强度越大，诱发冲击地压显现的可能性越高。但是大部分煤矿为完成每年的生产指标任务，仅根据历史经验及现场设备水平等进行设计开采强度水平，未考虑不同开采强度下的开采扰动特征，易诱发冲击地压等动力灾害，故亟需开展不同采动强度下开采扰动特征的研究。
摘 要
开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因，而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后，冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多，研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征，进而根据采动煤岩力学响应特征确定合理的采动强度对冲击地压防控具有重要意义。
以典型冲击地压矿区彬长矿区为例，利用数值模拟及理论分析根据不同采动强度下煤岩采动应力、能量释放及覆岩垮落结构特征，分析了不同推进速度、不同采厚下的开采扰动特征，评估了不同采动强度时采动煤体的冲击危险性，并探讨了开采扰动特征在矿井产能调控及开采方法优选等方面的应用。研究结果表明：
①煤炭年产量与冲击地压矿井数量呈正比例关系，且深部矿井发生冲击地压的可能性明显高于浅部矿井。
②整层开采的顶底板应力、超前支承压力及冲击危险性均大于分层开采，且前者存在明显的应变能峰值前移现象。
③工作面采厚增加将会引起关键块的回转角及断裂度增大，提高了滑落失稳及回转失稳的可能性，推进速度加快将会提高回转失稳的可能性，更易诱发上覆岩层破断及能量大量释放，从而提高冲击危险性。
④揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征，提出了根据不同采动强度下的开采扰动特征反向确定矿井合理的采动强度，进而确定矿井产能的方法，并基于开采扰动特征优选了孟村煤矿开采方法，为指导矿井冲击地压灾害防治提供了科学依据。
图 片
我国煤炭产量与冲击地压矿井数量
不同地应力水平的动力灾害区示意
覆岩柱状
工作面充分采动后两带发育高度
不同开采方案底板应力变化特征
不同开采方案超前支承压力演化规律
4号煤上分层回采结束后局部放大
不同推进距离的应变能密度演化趋势
不同开采方案的冲击危险性指数
2个关键块结构运动受力
不同采厚下断裂度及回转角变化曲线
推进速度对2个关键块回转的影响
矿井合理产能确定方法
作者简介
崔峰，男，1986年12月3日生，河南新乡人，博士，教授，博导。陕西省青年科技新星、陕西省“高层次人才特殊支持计划”青年拔尖人才，获得第十届全国高校矿业石油安全工程领域优秀青年科技人才提名奖，担任第四届煤炭工业技术委员会动力灾害预警与防治专家委员会委员、中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会理事、中国岩石力学与工程学会岩石破碎工程专业委员会委员等。研究成果获省部级一等奖4项、二等奖3项。发表学术论文30多篇，其中SCI/EI检索20多篇，1篇论文入选中国精品科技期刊顶尖学术论文；出版著作4部，授权发明专利9项。
研究方向
特厚煤层综放开采、动力灾害控制、矿山多源灾害监测与智能化分析
主要成果
致力于西部地区采动煤岩力学响应规律及其控制研究，探索煤矿动力灾害“三突一冲击”的共性科学问题，建立融合工程设计/采掘扰动控制/煤岩改性三维联动的动力灾害控制技术体系。研究揭示了急倾斜特厚煤层动力灾害发生机理，研发了急倾斜特厚煤层耦合致裂技术，提出了冲击地压矿井科学产能确定方法，开发了基于采动加卸载响应比的动力灾害预警与调控技术，研究成果在陕西、新疆等地的煤矿转化应用，取得了良好的应用效果，促进了西部地区煤炭资源的安全开采与稳定供给。
来源：
崔峰，张廷辉，来兴平，等． 冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能[J]． 煤炭学报，2021 46(12)：3781-3793．
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