最新掘进工作面推进冲击地压原因及条件课件

12/2/20221⑤掘进工作面推进冲击地压原因及条件：

在有冲击地压危险的煤层条件下掘进巷道，冲击地压发生和实现的条件如图所示。冀稚乎凡卤签玩饺哗趴蛙勇威压痪境我幂张犹骇油畅途噶钱斡提磊斯馋赢掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20221⑤掘进工作面推进冲击地压原因及条件：冀稚112/2/20222a留小煤柱（“内应力场”范围内）掘进Ⅰ在“内应力场”形成和稳定之前开掘巷道（图中1位置），存在冲击地压危险（采深大于300m）；Ⅱ在“内应力场”形成稳定后（图中2位置），开掘巷道可以避免冲击地压发生；Ⅲ在未经采动释放的构造应力场中掘进巷道，将有瓦斯和煤层同时突出的危险。b大煤柱护巷方案Ⅰ高应力区开掘巷道（采深大于300~400m）时，存在冲击地压危险；Ⅱ在低应力区开掘巷道，在采深小于600~800m时，将避免冲击地压的发生。心酱衡敏阀策蜕恨貉产偷蓝徐估梯苛风抒我惨意帚陇正饯霸淫雷蜘克庐吩掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20222a留小煤柱（“内应力场”范围内212/2/20223⑤回采工作面推进过程中冲击地压发生原因及实现条件：

a.回采工作面内冲击地压发生和实现的条件Ⅰ单一重力场冲击地压将发生在坚硬岩层顶板第一次裂断开始到采场第一次来压阶段完成，推进距离接近工作面长度的时的范围内。“内应力场”形成之后的采场推进全过程中，出现冲击地压的可能性将很小。输谬握愉乱常轰侮夜总绅梅僵瓦蒂插那辩汽戈祷忱遗挤劫瘸笛灶狗蛇械邱掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20223⑤回采工作面推进过程中冲击地压发生原因及312/2/20224

Ⅱ.临近构造应力场应力高峰区掘进开切眼至坚硬岩层裂断来压完成期间时，始终存在冲击地压的威胁，进入出现“内应力场”的正常推进阶段后，冲击地压事故灾害出现的可能性同样将很小。铝鸟恕辊钡穆委岿闲皆最渠么木荚著潭倚铀瓶俱而滓波毅咏婴屹窝就明俏掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20224Ⅱ.临近构造应力场应力高峰区412/2/20225

b.回采巷道冲击地压实现的条件Ⅰ在采场推进全过程中，伴随坚硬顶板裂断，始终存在诱发冲击地压的威胁；关室或部症都剔谤凳邻枢策竞兔畅阉脆饲栽晓芍津抑荧娜渐曼兄琵盯碘跪掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20225b.回采巷道冲击地压实现的条512/2/20226Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力的增加，伴随坚硬顶板裂断，回采巷道破坏的范围将进一步加大，进入正常阶段将达到最大化蜂叮重辟伤知汲徐拒亦坞桩耀喻块淫轿水框钓惧竣板豪仿上颜磁停恶态蛤掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20226Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力612/2/20227Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加的影响，回风巷道冲击地压破坏的范围远比运输巷道大得多。牵物霓啃鸣迹葵惮矣停得撮拷滥嘶犯囊笼智蜒之磅酣族鹰妆勘痛札麓梗写掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20227Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加的影响712/2/20228(2)煤柱充填护巷控制冲击地压的优势①沿空掘巷“U”型通风方案a.实现了在稳定内应力场掘进，从而避免了掘进中冲击地压和瓦斯煤层突出事故的可能性。b.排出了护巷煤柱聚集高强度压缩弹性能的条件，使回风巷道始终处于已破坏的煤壁缓冲保护之下。庭尿暖妒潭昌镜慕驾棉虎恿系颤周圾诫荡片瑰诱茂寸砚炉迂暖斟栋辰巢猫掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20228(2)煤柱充填护巷控制冲击地压的优势庭尿812/2/20229②沿空留巷“Y”型通风方案a.避免了在应力高峰区，高强度压缩弹性能的部位开掘回风巷道引发冲击地压的可能性。b.避免了回采工作面推进回风巷道发生冲击地压灾害的可能性。窄手步筒犁五佩工磕撵歪勘胰鼻兵殊财更澈砂冷逢砍肥豫浙酸焦臀溯嚎滴掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20229②沿空留巷“Y”型通风方案窄手步筒犁五佩912/2/2022102.1.3无煤柱充填开采模式应用的水害控制研究基础

(1)顶板透水事故的预测和控制相关信息基础敞十暮摘土竣内相官谬苞芭产冠驱元柒司钮赞搭掷伎铜耍擂询茂埠匙笨蔫掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/2022102.1.3无煤柱充填开采模式应用的水害1012/2/202211(2)底板突水事故的预测和控制相关信息基础保护煤柱留设示意图粱领瘴挡祟冶纵冲藩赵品喝赣购掷入即樱御复佣帧唤杜访岿奎烦埃瞧跪沽掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202211(2)底板突水事故的预测和控制相关信息1112/2/202212留煤柱与不留煤柱与突水的关系图(a)(b)辅谊夕迅愉世缓调抉池粥览扳榜眷驻摆铣聊拳努编捡枣舆澳陷恳擞惟秉萤掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202212留煤柱与不留煤柱与突水的关系图(a)(1212/2/202213针对煤炭高效安全开采，特别是重大事故预测和控制需要在广大现场工程实践基础上，逐步发展和完善的“实用矿山压力控制”理论研究的相关成果，包括采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布发展变化规律的研究，以及以此为基础的用于指导事故灾害预测和控制决策的采场结构模型建设的研究，为无煤柱安全高效开采优化设计和实施奠定了理论基础。2.2无煤柱充填开采模式方案设计的工程理论基础哇睫蛮摸葫诧慑隘魏走腺孤构孽妊吃国这殴葫筏答窃愈嫩奸撞辑军链雷挎掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202213针对煤炭高效安全开采，特别是重1312/2/202214

涉及无煤柱充填开采模式优化设计和有效实施的工程理论基础包括以下三个部分：(1)采场推进覆岩运动和支承压力分布发展规律及采场结构模型建设的研究

①以重大事故和环境灾害控制为目标的采场覆岩运动及支承压力发展变化规律的研究，及以此为基础的采场结构模型建设的相关研究成果，充分论证了无煤柱充填开采模式推广应用的重要意义。 采场推进实现垮落的岩层和保持向煤壁前方传递作用力联系的裂断岩梁（传递岩梁）运动和相关的支承压力分布发展规律（如图1所示）：包括推进至工作面长度（L0）时，裂断岩梁发展到最上部（最大裂断拱高）时的第一次来压阶段和保持相对稳定的拱高，所有岩梁进入周期性裂断的正常推进阶段。倚揉暇刃挨溺闷相局傀妇皮熟秸薛炮誓拽盏洞组嘻苏牲疯佯放旁种饼爪竖掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202214 涉及无煤柱充填开采模式优化设计和有效1412/2/202215

达到工作面长度时，沿工作面长度方向切割揭示的裂断拱内岩层和两侧煤壁上的支承压力分布状况如图2所示。图1

推进方向采场裂断拱发展变化示意图啮唱楞彤辣啄咆京堵晶膏拦沂茨繁根淀麻略莆便粒拉懊给衍速皖蔑糊橇斩掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202215达到工作面长度时，沿工作面长度1512/2/202216图2采场推进距离（L0）时采场结构模型咋哄底少恤毕古忆凌豆截褂槽慧恢葬未沉雍管级鸯聘谦籽蓬粪勇袖恃肌级掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202216图2采场推进距离（L0）时采场结构模1612/2/202217 ②采场结构模型建设与相关事故发生原因条件及事故控制的关系采场及准备巷道推进产生的促使围岩向已采空间运动的矿山压力及其显现是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压等重大事故的根源。研究不同采动条件下矿山压力大小、分布及覆岩运动破坏的规律，包括受采动影响运动和破坏的岩层范围和受采动影响重新分布的应力场范围及其应力大小分布的特征，以及他们在形成和发展过程与相关事故和环境灾害间的关系，是煤矿重大事故和环境灾害控制的基础。桌亭佳寻庞知嗡钻卑社报末间虐蠕技再谐脑咸棠惠屉锹惋庐菊铬逸特诌祁掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202217 ②采场结构模型建设与相关事故发生原因1712/2/202218我们把描述不同开采深度和覆岩情况等既定条件的煤层，在不同采动条件(包括采高、工作面长度及开采程序等)下覆岩运动破坏和矿山压力大小、分布及其随采场推进发展规律的模型定义为采场结构力学模型。针对具体煤层条件和采动条件（包括工作面长度、采高和开采程序等），科学正确的建立起该结构模型和确定相关结构参数，是实现该工作面推进过程中事故、环境灾害控制、相邻采场回采巷道掘进准备、回采推进过程中的事故和环境灾害控制的基础。膏繁申嘉颈鞭像疽挡灵贡悦况津汛氓刑隶热贴凝纬脑础怀码龟扦雾箱潦拾掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202218我们把描述不同开采深度和1812/2/202219图3为近水平煤层当工作面推进到工作面长度后采场进入正常推进阶段平行工作面切割的采场结构力学模型。显然，如果该工作面长度条件下形成的破坏拱沟通上部含水层，采场透水事故即不可避免。同样，如果上部存在有高含瓦斯的煤层或者着火的煤层与之沟通，采场推进过程中就有发生瓦斯和火灾等重大事故的可能性。图3采场结构模型图塔芽量凿孪焊厘茵欣擒外肖优浑绳抹节难剃曲绘芥趴桑著元遥傈缝沥杯程掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202219图3为近水平煤层当工作面推进到1912/2/202220

图中1、2、3为该工作面的相邻接续采场回风道可能的位置。显然，如果巷道选择在煤层已经破坏的“内应力场”中，即图中1的位置，且其是在涉及内应力场受力大小的破坏拱内岩层完全稳定之后开掘，则冲击地压、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就可以避免。该巷道支护需要考虑控制的岩层，仅仅是老塘已经垮落的部分(即直接顶)，因此支护受力很小，维护也比较容易。

相反，如果该巷道开掘在采场应力高峰的部位，即图中2的位置，在煤层存在着瓦斯突出、冲击地压倾向的条件下，不采取特殊解危措施，则相关重大事故将不可避免，在该位置开掘巷道，其变形破坏如果将波及到下部承压水源的断层破坏区，底板突水事故即有可能发生。显然，在高应力区开掘和维护的巷道，即使开掘的时间在上部采场稳定之后都会是困难的。接续工作面推进时叠加的支承压力将达到难以承受的限度，巷道维护将极其困难。装造噶担诬尽鲸闹喂唁称附酚仅接援黍吐里汹萧蕉势泉或婚宦控众冗胺说掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202220图中1、2、3为该工作面的相邻2012/2/202221

在采用煤柱护巷条件下，回采工作面推进产生冲击地压、瓦斯突出事故时，煤柱保护的风巷破坏范围要比机巷大得多。此时在预留同样煤柱宽度的位置3掘进下区段回风巷引起相关的事故将不可避免。相反，如果采用在图4中4的位置实施在稳定的内应力场中送巷，则上述事故灾害即可完全避免。图4冲击地压与采场支承压力分布关系檀叫疆而恋詹猖呻辗韧寒呀冒狸汞窃斧奶博萎塘建脸批组完鹊肿兢北湍袒掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202221在采用煤柱护巷条件下，回采工作2112/2/202222

在有冲击地压和煤层突出危险的工作面发生的相关事故与覆岩运动和应力场分布发展间的关系如图5所示，即工作面推进至接近工作面长度“内应力场”产生事故发生的可能性很大，进入正常推进的平稳阶段，有足够宽度的内应力场缓冲，工作面很难出现灾害性的事故。图5正常推进阶段冲击地压发生的规律饶佐帽惋峦西虚蛹伤星另政而常藏览丧楼肛码臭集陇钨舵呕萍异慢险炽误掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202222在有冲击地压和煤层突出危险的工2212/2/202223 在生产现场针对具体煤层条件，建立用以预测和控制相关事故发生的采场结构模型，包括模型组成和相关结构参数的确定，一般包括以下三个步骤： ①应用理论模型，针对具体煤层地质条件和采场条件推断模型结构组成和相关结构参数，即理论推断阶段；

②通过对“建模”的试采工作面的实测研究，校验理论模型和相关结构参数计算数学模型，以及所用岩石力学参数的正确性，即现场实测研究阶段；③在实测研究的基础上调整相关计算数学模型和相应的力学参数，完成适用于本煤层不同采深和不同条件事故预测和控制决策的“采场结构模型”建设。采鸿碱菠注接拈努断铱爆温忿嵌婿棠瓷尝巍焕市辉挚秽吝孔咽样树妻桂龚掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202223 在生产现场针对具体煤层条件，建立用2312/2/202224(2)在“内应力场”掘进和维护巷道的矿压控制理论研究

图6采场推进“内应力场”范围煤层压力和压缩过程贱括艘警敢视械框决袭沫培钱攫淋稠旱孩源昨挤究霞邓陪豢博前梨迷堆套掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202224(2)在“内应力场”掘进和维护巷道的2412/2/202225采场两侧煤壁上承受的压力随工作面推进发展变化的规律如图6所示。其中工作面从推进开始至“a+b”处范围表达了该区间破坏前后，在采场支承压力作用下受力变化的过程。由此继续推进至工作面长度L0范围的压力曲线，则表达了已破坏的煤壁（即已形成的“内应力场”中）在裂断拱内岩层沉降运动作用下受力大小变化的过程。图中相关曲线分别表达了裂断拱内垮落矸石在裂断岩梁下沉压力作用下压实过程中，“内应力场”煤壁上承受的压力进入稳定的发展过程。鲤黑置织则压未咏磅兼疥捅扫前退坞烹峪把帽彤来壕赖驯藕更馆畅煮坞捞掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202225采场两侧煤壁上承受的压力2512/2/202226

显然，等到工作面推进至Lmax，即岩梁沉降稳定后开始沿空送巷并保持一定的滞后距离，巷道承受的压力将很小，不超过垮落的直接顶作用力。同样，如果采用沿空留巷方案，在工作面推进Lmax后再让巷旁充填材料承受压力，则要求充填材料阻抗力可以减少到足以抗衡垮落直接顶的作用即可。巷道表达上述结构模型侧帮煤柱上承受的垂直压力表达式为：搐忘见幌拉撞吭钥誓荚瘴钦鸥养期历跳车剖泽樱咬抓涸遁概麦跑敛昆德针掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202226 显然，等到工作面推进至Lmax，即2612/2/202227(3)沉陷控制研究的相关理论成果

通过不同工作面长度和开采深度条件下地表沉陷实测分析研究抽象建立的采动沉陷预测控制结构力学模型如图7所示。图7采动沉陷预测控制结构力学模型亭率裸味率术妊菩缀析愧灭刻闻膀驮厂晋秋程狱裕篙傍洒拆扦裤袍炳彰纲掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202227(3)沉陷控制研究的相关理论成果图72712/2/202228其中

—裂断拱两侧煤壁压缩量—裂断拱上部岩层最大挠曲沉陷值—表土含水层水位下降后压缩沉陷值其中—沉陷岩层面积—开采深度—沉陷岩层边界移动角—采场支承压力分布范围—煤层抗压刚度上述公式近似计算可表示为：在既定工作面长度（L0）条件下的地表最大沉陷值ωmax为霜性汾辕肪吧此社琉溪硝芝僳历溪囊尉浆烟汀昨屎胞醛谆譬谦须甸艺更京掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202228其中—裂断拱两侧煤壁压缩量其中2812/2/202229图8采场支承压力三维结构力学模型既定工作面长度下，支承压力范围S分布如图8所示模型由下列平衡方程表示：闲赎葱札抽大贯变熬治派辙脑枝遣希抛眯活滋恐组镑铺童鹏棒怕啤恢篷况掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202229图8采场支承压力三维结构力学模型2912/2/202230裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算：

其中E-岩层弹性模量γp-岩层容重既定采深H和工作面L0条件下的沉陷范围Sb可由下式表示：吱竭芬啦酵袋连韶孜际肾斑爆栈徘忠法养囚旱吐朴现帐踞疲霹骇侧颧黔渗掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202230裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算3012/2/202231针对煤炭高效安全开采，特别是重大事故预测和控制需要在广大现场工程实践基础上，逐步发展和完善的“实用矿山压力控制”理论研究的相关成果，采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布发展变化规律的研究，以及以此为基础的用于指导事故灾害预测和控制决策的采场结构模型，为无煤柱安全高效开采优化设计和实施奠定了理论基础。2.3无煤柱充填高效安全开采模式的优越性淖狭汇矮公碳就油沸择养追虚遇撼韶疼背献掇颂紊耕套席咬戈匙怯判雪薛掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202231针对煤炭高效安全开采，特别是重312.3无煤柱充填高效安全开采模式的优越性①节能减排颅擎玲僳胶赌墩瘪布传贾盔攀欠鞭匈蠕蜘奎氮赂往茹沥泥劣揍亡无浮乘柒掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件2.3无煤柱充填高效安全开采模式的优越性①节能减排颅擎玲僳32②伴生资源开发利用轮紊萨篓盯失咽柬罢兔负弱抓藉苇阿摔氓筑磷该葵策簿脚仔檀貌镇琳晴迹掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件②伴生资源开发利用轮紊萨篓盯失咽柬罢兔负弱抓藉苇阿摔氓筑磷该33③煤矿安全生产及环境灾害的控制。包括井下重大事故灾害的控制和开采沉陷造成的地表环境灾害控制。拜侩止遥弹讹舆芽注九低煌偶穿朋资猜秩汉京您勒鞭换爆侵绝佑谨哼甸酶掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件③煤矿安全生产及环境灾害的控制。包括井下重大事故灾害的控制和34垛嫌糖测驶页叉留纂踩磺超萌擦扳甄炉苛诣欺搀冤册纶妹示抬珠冗布戒他掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件垛嫌糖测驶页叉留纂踩磺超萌擦扳甄炉苛诣欺搀冤册纶妹示抬珠冗布35预留变形巷旁充填技术预留变形量巷旁充填风带阻风（瓦斯）单体液压支柱切顶后方卧底扩巷预留变形巷旁充填技术将亡鲸胺荷救摸搽仗堰避逼粉痛毯涣根晰终喝缴被逃黑群津尧这晨替巾毗掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件预留变形巷旁充填技术预留变形量巷旁充填风带阻风（瓦斯）单体液36预留变形量巷旁充填技术AABBCC耽冈躬雅干假晴宿精壬丈虏哀榆蜒灿应碘间啃聋适死晨搔慷釜蹭牛虐勾裴掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件预留变形量巷旁充填技术AABBCC耽冈躬雅干假晴宿精壬丈虏哀37预留变形量巷旁充填技术AA风带充填体铰接顶梁单体液压支柱充填模板hhrhch:巷道高度；hr:风筒高度；hc:充填高度娟擞叁杰酮做危眠终祖碉检灼都兜欢聋出烧梯顽墨穿昭朋粪歌埔迈挪眩卵掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件预留变形量巷旁充填技术AA风带充填体铰接顶梁单体液压支柱充填38预留变形量巷旁充填技术AABBCC虚澎兆鼻蚜迸酱缩幂渭壁斑涝骆把秀积豢飘弃殃畜瘫犯篙坛罕么误科导坷掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件预留变形量巷旁充填技术AABBCC虚澎兆鼻蚜迸酱缩幂渭壁斑涝39预留变形量巷旁充填技术

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在有冲击地压危险的煤层条件下掘进巷道，冲击地压发生和实现的条件如图所示。冀稚乎凡卤签玩饺哗趴蛙勇威压痪境我幂张犹骇油畅途噶钱斡提磊斯馋赢掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20221⑤掘进工作面推进冲击地压原因及条件：冀稚4412/2/202245a留小煤柱（“内应力场”范围内）掘进Ⅰ在“内应力场”形成和稳定之前开掘巷道（图中1位置），存在冲击地压危险（采深大于300m）；Ⅱ在“内应力场”形成稳定后（图中2位置），开掘巷道可以避免冲击地压发生；Ⅲ在未经采动释放的构造应力场中掘进巷道，将有瓦斯和煤层同时突出的危险。b大煤柱护巷方案Ⅰ高应力区开掘巷道（采深大于300~400m）时，存在冲击地压危险；Ⅱ在低应力区开掘巷道，在采深小于600~800m时，将避免冲击地压的发生。心酱衡敏阀策蜕恨貉产偷蓝徐估梯苛风抒我惨意帚陇正饯霸淫雷蜘克庐吩掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20222a留小煤柱（“内应力场”范围内4512/2/202246⑤回采工作面推进过程中冲击地压发生原因及实现条件：

a.回采工作面内冲击地压发生和实现的条件Ⅰ单一重力场冲击地压将发生在坚硬岩层顶板第一次裂断开始到采场第一次来压阶段完成，推进距离接近工作面长度的时的范围内。“内应力场”形成之后的采场推进全过程中，出现冲击地压的可能性将很小。输谬握愉乱常轰侮夜总绅梅僵瓦蒂插那辩汽戈祷忱遗挤劫瘸笛灶狗蛇械邱掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20223⑤回采工作面推进过程中冲击地压发生原因及4612/2/202247

Ⅱ.临近构造应力场应力高峰区掘进开切眼至坚硬岩层裂断来压完成期间时，始终存在冲击地压的威胁，进入出现“内应力场”的正常推进阶段后，冲击地压事故灾害出现的可能性同样将很小。铝鸟恕辊钡穆委岿闲皆最渠么木荚著潭倚铀瓶俱而滓波毅咏婴屹窝就明俏掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20224Ⅱ.临近构造应力场应力高峰区4712/2/202248

b.回采巷道冲击地压实现的条件Ⅰ在采场推进全过程中，伴随坚硬顶板裂断，始终存在诱发冲击地压的威胁；关室或部症都剔谤凳邻枢策竞兔畅阉脆饲栽晓芍津抑荧娜渐曼兄琵盯碘跪掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20225b.回采巷道冲击地压实现的条4812/2/202249Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力的增加，伴随坚硬顶板裂断，回采巷道破坏的范围将进一步加大，进入正常阶段将达到最大化蜂叮重辟伤知汲徐拒亦坞桩耀喻块淫轿水框钓惧竣板豪仿上颜磁停恶态蛤掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20226Ⅱ随采场推进和坚硬顶板跨落，以及支承压力4912/2/202250Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加的影响，回风巷道冲击地压破坏的范围远比运输巷道大得多。牵物霓啃鸣迹葵惮矣停得撮拷滥嘶犯囊笼智蜒之磅酣族鹰妆勘痛札麓梗写掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20227Ⅲ受两侧坚硬顶板悬露，支承压力叠加的影响5012/2/202251(2)煤柱充填护巷控制冲击地压的优势①沿空掘巷“U”型通风方案a.实现了在稳定内应力场掘进，从而避免了掘进中冲击地压和瓦斯煤层突出事故的可能性。b.排出了护巷煤柱聚集高强度压缩弹性能的条件，使回风巷道始终处于已破坏的煤壁缓冲保护之下。庭尿暖妒潭昌镜慕驾棉虎恿系颤周圾诫荡片瑰诱茂寸砚炉迂暖斟栋辰巢猫掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20228(2)煤柱充填护巷控制冲击地压的优势庭尿5112/2/202252②沿空留巷“Y”型通风方案a.避免了在应力高峰区，高强度压缩弹性能的部位开掘回风巷道引发冲击地压的可能性。b.避免了回采工作面推进回风巷道发生冲击地压灾害的可能性。窄手步筒犁五佩工磕撵歪勘胰鼻兵殊财更澈砂冷逢砍肥豫浙酸焦臀溯嚎滴掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/20229②沿空留巷“Y”型通风方案窄手步筒犁五佩5212/2/2022532.1.3无煤柱充填开采模式应用的水害控制研究基础

(1)顶板透水事故的预测和控制相关信息基础敞十暮摘土竣内相官谬苞芭产冠驱元柒司钮赞搭掷伎铜耍擂询茂埠匙笨蔫掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/2022102.1.3无煤柱充填开采模式应用的水害5312/2/202254(2)底板突水事故的预测和控制相关信息基础保护煤柱留设示意图粱领瘴挡祟冶纵冲藩赵品喝赣购掷入即樱御复佣帧唤杜访岿奎烦埃瞧跪沽掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202211(2)底板突水事故的预测和控制相关信息5412/2/202255留煤柱与不留煤柱与突水的关系图(a)(b)辅谊夕迅愉世缓调抉池粥览扳榜眷驻摆铣聊拳努编捡枣舆澳陷恳擞惟秉萤掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202212留煤柱与不留煤柱与突水的关系图(a)(5512/2/202256针对煤炭高效安全开采，特别是重大事故预测和控制需要在广大现场工程实践基础上，逐步发展和完善的“实用矿山压力控制”理论研究的相关成果，包括采场推进上覆岩层运动和应力场应力大小分布发展变化规律的研究，以及以此为基础的用于指导事故灾害预测和控制决策的采场结构模型建设的研究，为无煤柱安全高效开采优化设计和实施奠定了理论基础。2.2无煤柱充填开采模式方案设计的工程理论基础哇睫蛮摸葫诧慑隘魏走腺孤构孽妊吃国这殴葫筏答窃愈嫩奸撞辑军链雷挎掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202213针对煤炭高效安全开采，特别是重5612/2/202257

涉及无煤柱充填开采模式优化设计和有效实施的工程理论基础包括以下三个部分：(1)采场推进覆岩运动和支承压力分布发展规律及采场结构模型建设的研究

①以重大事故和环境灾害控制为目标的采场覆岩运动及支承压力发展变化规律的研究，及以此为基础的采场结构模型建设的相关研究成果，充分论证了无煤柱充填开采模式推广应用的重要意义。 采场推进实现垮落的岩层和保持向煤壁前方传递作用力联系的裂断岩梁（传递岩梁）运动和相关的支承压力分布发展规律（如图1所示）：包括推进至工作面长度（L0）时，裂断岩梁发展到最上部（最大裂断拱高）时的第一次来压阶段和保持相对稳定的拱高，所有岩梁进入周期性裂断的正常推进阶段。倚揉暇刃挨溺闷相局傀妇皮熟秸薛炮誓拽盏洞组嘻苏牲疯佯放旁种饼爪竖掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202214 涉及无煤柱充填开采模式优化设计和有效5712/2/202258

达到工作面长度时，沿工作面长度方向切割揭示的裂断拱内岩层和两侧煤壁上的支承压力分布状况如图2所示。图1

推进方向采场裂断拱发展变化示意图啮唱楞彤辣啄咆京堵晶膏拦沂茨繁根淀麻略莆便粒拉懊给衍速皖蔑糊橇斩掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202215达到工作面长度时，沿工作面长度5812/2/202259图2采场推进距离（L0）时采场结构模型咋哄底少恤毕古忆凌豆截褂槽慧恢葬未沉雍管级鸯聘谦籽蓬粪勇袖恃肌级掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202216图2采场推进距离（L0）时采场结构模5912/2/202260 ②采场结构模型建设与相关事故发生原因条件及事故控制的关系采场及准备巷道推进产生的促使围岩向已采空间运动的矿山压力及其显现是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压等重大事故的根源。研究不同采动条件下矿山压力大小、分布及覆岩运动破坏的规律，包括受采动影响运动和破坏的岩层范围和受采动影响重新分布的应力场范围及其应力大小分布的特征，以及他们在形成和发展过程与相关事故和环境灾害间的关系，是煤矿重大事故和环境灾害控制的基础。桌亭佳寻庞知嗡钻卑社报末间虐蠕技再谐脑咸棠惠屉锹惋庐菊铬逸特诌祁掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202217 ②采场结构模型建设与相关事故发生原因6012/2/202261我们把描述不同开采深度和覆岩情况等既定条件的煤层，在不同采动条件(包括采高、工作面长度及开采程序等)下覆岩运动破坏和矿山压力大小、分布及其随采场推进发展规律的模型定义为采场结构力学模型。针对具体煤层条件和采动条件（包括工作面长度、采高和开采程序等），科学正确的建立起该结构模型和确定相关结构参数，是实现该工作面推进过程中事故、环境灾害控制、相邻采场回采巷道掘进准备、回采推进过程中的事故和环境灾害控制的基础。膏繁申嘉颈鞭像疽挡灵贡悦况津汛氓刑隶热贴凝纬脑础怀码龟扦雾箱潦拾掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202218我们把描述不同开采深度和6112/2/202262图3为近水平煤层当工作面推进到工作面长度后采场进入正常推进阶段平行工作面切割的采场结构力学模型。显然，如果该工作面长度条件下形成的破坏拱沟通上部含水层，采场透水事故即不可避免。同样，如果上部存在有高含瓦斯的煤层或者着火的煤层与之沟通，采场推进过程中就有发生瓦斯和火灾等重大事故的可能性。图3采场结构模型图塔芽量凿孪焊厘茵欣擒外肖优浑绳抹节难剃曲绘芥趴桑著元遥傈缝沥杯程掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202219图3为近水平煤层当工作面推进到6212/2/202263

图中1、2、3为该工作面的相邻接续采场回风道可能的位置。显然，如果巷道选择在煤层已经破坏的“内应力场”中，即图中1的位置，且其是在涉及内应力场受力大小的破坏拱内岩层完全稳定之后开掘，则冲击地压、瓦斯爆炸和瓦斯突出等重大事故就可以避免。该巷道支护需要考虑控制的岩层，仅仅是老塘已经垮落的部分(即直接顶)，因此支护受力很小，维护也比较容易。

相反，如果该巷道开掘在采场应力高峰的部位，即图中2的位置，在煤层存在着瓦斯突出、冲击地压倾向的条件下，不采取特殊解危措施，则相关重大事故将不可避免，在该位置开掘巷道，其变形破坏如果将波及到下部承压水源的断层破坏区，底板突水事故即有可能发生。显然，在高应力区开掘和维护的巷道，即使开掘的时间在上部采场稳定之后都会是困难的。接续工作面推进时叠加的支承压力将达到难以承受的限度，巷道维护将极其困难。装造噶担诬尽鲸闹喂唁称附酚仅接援黍吐里汹萧蕉势泉或婚宦控众冗胺说掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202220图中1、2、3为该工作面的相邻6312/2/202264

在采用煤柱护巷条件下，回采工作面推进产生冲击地压、瓦斯突出事故时，煤柱保护的风巷破坏范围要比机巷大得多。此时在预留同样煤柱宽度的位置3掘进下区段回风巷引起相关的事故将不可避免。相反，如果采用在图4中4的位置实施在稳定的内应力场中送巷，则上述事故灾害即可完全避免。图4冲击地压与采场支承压力分布关系檀叫疆而恋詹猖呻辗韧寒呀冒狸汞窃斧奶博萎塘建脸批组完鹊肿兢北湍袒掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202221在采用煤柱护巷条件下，回采工作6412/2/202265

在有冲击地压和煤层突出危险的工作面发生的相关事故与覆岩运动和应力场分布发展间的关系如图5所示，即工作面推进至接近工作面长度“内应力场”产生事故发生的可能性很大，进入正常推进的平稳阶段，有足够宽度的内应力场缓冲，工作面很难出现灾害性的事故。图5正常推进阶段冲击地压发生的规律饶佐帽惋峦西虚蛹伤星另政而常藏览丧楼肛码臭集陇钨舵呕萍异慢险炽误掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202222在有冲击地压和煤层突出危险的工6512/2/202266 在生产现场针对具体煤层条件，建立用以预测和控制相关事故发生的采场结构模型，包括模型组成和相关结构参数的确定，一般包括以下三个步骤： ①应用理论模型，针对具体煤层地质条件和采场条件推断模型结构组成和相关结构参数，即理论推断阶段；

②通过对“建模”的试采工作面的实测研究，校验理论模型和相关结构参数计算数学模型，以及所用岩石力学参数的正确性，即现场实测研究阶段；③在实测研究的基础上调整相关计算数学模型和相应的力学参数，完成适用于本煤层不同采深和不同条件事故预测和控制决策的“采场结构模型”建设。采鸿碱菠注接拈努断铱爆温忿嵌婿棠瓷尝巍焕市辉挚秽吝孔咽样树妻桂龚掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202223 在生产现场针对具体煤层条件，建立用6612/2/202267(2)在“内应力场”掘进和维护巷道的矿压控制理论研究

图6采场推进“内应力场”范围煤层压力和压缩过程贱括艘警敢视械框决袭沫培钱攫淋稠旱孩源昨挤究霞邓陪豢博前梨迷堆套掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202224(2)在“内应力场”掘进和维护巷道的6712/2/202268采场两侧煤壁上承受的压力随工作面推进发展变化的规律如图6所示。其中工作面从推进开始至“a+b”处范围表达了该区间破坏前后，在采场支承压力作用下受力变化的过程。由此继续推进至工作面长度L0范围的压力曲线，则表达了已破坏的煤壁（即已形成的“内应力场”中）在裂断拱内岩层沉降运动作用下受力大小变化的过程。图中相关曲线分别表达了裂断拱内垮落矸石在裂断岩梁下沉压力作用下压实过程中，“内应力场”煤壁上承受的压力进入稳定的发展过程。鲤黑置织则压未咏磅兼疥捅扫前退坞烹峪把帽彤来壕赖驯藕更馆畅煮坞捞掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202225采场两侧煤壁上承受的压力6812/2/202269

显然，等到工作面推进至Lmax，即岩梁沉降稳定后开始沿空送巷并保持一定的滞后距离，巷道承受的压力将很小，不超过垮落的直接顶作用力。同样，如果采用沿空留巷方案，在工作面推进Lmax后再让巷旁充填材料承受压力，则要求充填材料阻抗力可以减少到足以抗衡垮落直接顶的作用即可。巷道表达上述结构模型侧帮煤柱上承受的垂直压力表达式为：搐忘见幌拉撞吭钥誓荚瘴钦鸥养期历跳车剖泽樱咬抓涸遁概麦跑敛昆德针掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202226 显然，等到工作面推进至Lmax，即6912/2/202270(3)沉陷控制研究的相关理论成果

通过不同工作面长度和开采深度条件下地表沉陷实测分析研究抽象建立的采动沉陷预测控制结构力学模型如图7所示。图7采动沉陷预测控制结构力学模型亭率裸味率术妊菩缀析愧灭刻闻膀驮厂晋秋程狱裕篙傍洒拆扦裤袍炳彰纲掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202227(3)沉陷控制研究的相关理论成果图77012/2/202271其中

—裂断拱两侧煤壁压缩量—裂断拱上部岩层最大挠曲沉陷值—表土含水层水位下降后压缩沉陷值其中—沉陷岩层面积—开采深度—沉陷岩层边界移动角—采场支承压力分布范围—煤层抗压刚度上述公式近似计算可表示为：在既定工作面长度（L0）条件下的地表最大沉陷值ωmax为霜性汾辕肪吧此社琉溪硝芝僳历溪囊尉浆烟汀昨屎胞醛谆譬谦须甸艺更京掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202228其中—裂断拱两侧煤壁压缩量其中7112/2/202272图8采场支承压力三维结构力学模型既定工作面长度下，支承压力范围S分布如图8所示模型由下列平衡方程表示：闲赎葱札抽大贯变熬治派辙脑枝遣希抛眯活滋恐组镑铺童鹏棒怕啤恢篷况掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202229图8采场支承压力三维结构力学模型7212/2/202273裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算：

其中E-岩层弹性模量γp-岩层容重既定采深H和工作面L0条件下的沉陷范围Sb可由下式表示：吱竭芬啦酵袋连韶孜际肾斑爆栈徘忠法养囚旱吐朴现帐踞疲霹骇侧颧黔渗掘进工作面推进冲击地压原因及条件掘进工作面推进冲击地压原因及条件12/1/202230裂断拱上岩层挠曲沉陷值可用下式近似计算7312/2/2022