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創新點
（1）厘清了大陸自建國以來煤炭年産量與沖擊地壓礦井數目的内在聯系，指出随煤礦開采裝備水準的提高與礦井作業人員管理及技術水準的提升，煤炭資源的開采量大幅度上升，這直接導緻了采動強度的加大，進而産生了較多的沖擊地壓礦井。在相同采動強度下，深部原岩應力和采動應力疊加所産生的動力災害區要明顯大于淺部兩者疊加所産生的動力災害區，表明深部開采更易誘發沖擊地壓等動力災害。
（2）從沖擊地壓礦井為了實作達産的現實角度出發，在産能的限制下設計了3種不同采動強度開采方案，利用數值模拟及理論分析根據不同采動強度下煤岩采動應力、能量釋放及覆岩垮落結構特征，結果表明整層開采的頂底闆應力、超前支承壓力及沖擊危險性均大于分層開采，且前者存在明顯的應變能峰值前移現象。并指出工作面采厚增加将會引起關鍵塊的回轉角及斷裂度增大，提高了滑落失穩及回轉失穩的可能性，推進速度加快将會提高回轉失穩的可能性，更易誘發上覆岩層破斷及能量大量釋放，進而提高沖擊危險性。
（3）在分析目前煤礦産能确定方法及不足的基礎上，揭示了不同采動強度下的深埋煤層工作面的開采擾動特征，提出了根據不同采動強度下的開采擾動特征反向确定礦井合理的采動強度，進而确定礦井産能的方法，主要包括降低産能和實施煤岩力學改性，并對孟村煤礦的開采方法進行了優選，為指導礦井沖擊地壓災害防治提供了科學依據。
沖擊地壓礦井不同采動強度下的開采擾動特征及其産能
作者：崔峰1,2,3，張廷輝1,2，來興平1,2，王蘇健4，陳建強5，錢德雨6
機關：1.西安科技大學能源學院；2.西安科技大學教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室；3.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室；4.陝西煤業化工技術研究院有限責任公司；5.國家能源集團新疆能源有限責任公司；6.中國礦業大學礦業工程學院
背 景
經過長期大規模的開發，大陸淺部煤炭資源日益枯竭，煤炭生産重心逐漸向深部轉移，大陸煤炭資源已大規模步入深部開采，但是由于深部開采過程中存在覆岩結構複雜、高強度開采、沖擊地壓防控經驗不足等多種問題進而導緻深部開采過程中沖擊地壓事故頻繁發生。對于深部的定義，謝和平院士指出深部不是深度，而是一種力學狀态，深部的概念應該綜合反映深部的應力水準、應力狀态和圍岩屬性。據不完全統計，大陸超1000m深井共計47座，總産量達 9456萬t，平均埋深1100m。除上述超千米深井外，近 5a來，大陸新增深部礦井16對，包括陝西彬長、永隴礦區12座礦井、呼吉爾特礦區、上海廟礦區等，而這些深部礦區将承擔大陸未來主要的煤炭生産任務。進入深部開采後，深部岩石處于“三高一擾動”的複雜力學環境中，緻使深部資源開采中出現沖擊地壓等災害事故。針對沖擊地壓災害防治，姜耀東等指出主要的防治技術包括：優化采掘布局、對具有沖擊危險性的區域進行煤岩原位改性、增大支護強度及改善支護方式等。對于具體礦井而言，礦井采掘布局已基本确定，沖擊地壓的防控措施主要包括調控開采強度和主動卸壓改性，但綜合來看，造成高應力集中和彈性能積聚的原因主要是高強度開采，如過快的開采速度、過大的采高、過大的工作面尺寸等。而關于高強度開采的定義，大陸學者開展了大量的研究。
以往學者從地質條件、煤層賦存條件、開采工藝、采煤裝置發展水準、岩石力學實驗等多個次元豐富了高強度的定義。但未考慮礦井産能與采動強度之間的關系，如為了深刻汲取山東能源龍郓煤業“10·20”等沖擊地壓事故教訓，國家煤監局于2019年5月釋出《國家煤礦安監局關于加強煤礦沖擊地壓防治工作的通知》，規定沖擊地壓礦井生産規模不得超過 800萬t/a，從沖擊地壓煤礦産能這一角度進一步限定了工作面的采動強度。譚雲亮等分析了不同深度、不同塑性區寬度、不同推進度與所産生動能之間關系，指出開采進尺越大，則産生動能就越高，降低推采速度、減少進尺有利于降低産生的動能。王博等指出同一推采時間下推采速度越快，基本頂懸頂距越長，斷裂前積聚的彈性能越多，超前支承壓力峰值距煤壁越近，峰值越大，易超過發生沖擊地壓的臨界值，能量釋放促使工作面煤壁發生沖擊。綜合分析可知，采掘工作面的采動強度越大，誘發沖擊地壓顯現的可能性越高。但是大部分煤礦為完成每年的生産名額任務，僅根據曆史經驗及現場裝置水準等進行設計開采強度水準，未考慮不同開采強度下的開采擾動特征，易誘發沖擊地壓等動力災害，故亟需開展不同采動強度下開采擾動特征的研究。
摘 要
開采擾動是導緻深部煤岩體發生變形、沖擊、失穩的根本原因，而開采擾動特征與采動強度密切相關。進入深部開采後，沖擊地壓礦井數量随采動強度的增大而不斷增多，研究沖擊地壓礦井不同采動強度下的開采擾動特征，進而根據采動煤岩力學響應特征确定合理的采動強度對沖擊地壓防控具有重要意義。
以典型沖擊地壓礦區彬長礦區為例，利用數值模拟及理論分析根據不同采動強度下煤岩采動應力、能量釋放及覆岩垮落結構特征，分析了不同推進速度、不同采厚下的開采擾動特征，評估了不同采動強度時采動煤體的沖擊危險性，并探讨了開采擾動特征在礦井産能調控及開采方法優選等方面的應用。研究結果表明：
①煤炭年産量與沖擊地壓礦井數量呈正比例關系，且深部礦井發生沖擊地壓的可能性明顯高于淺部礦井。
②整層開采的頂底闆應力、超前支承壓力及沖擊危險性均大于分層開采，且前者存在明顯的應變能峰值前移現象。
③工作面采厚增加将會引起關鍵塊的回轉角及斷裂度增大，提高了滑落失穩及回轉失穩的可能性，推進速度加快将會提高回轉失穩的可能性，更易誘發上覆岩層破斷及能量大量釋放，進而提高沖擊危險性。
④揭示了不同采動強度下的深埋煤層工作面的開采擾動特征，提出了根據不同采動強度下的開采擾動特征反向确定礦井合理的采動強度，進而确定礦井産能的方法，并基于開采擾動特征優選了孟村煤礦開采方法，為指導礦井沖擊地壓災害防治提供了科學依據。
圖 片
大陸煤炭産量與沖擊地壓礦井數量
不同地應力水準的動力災害區示意
覆岩柱狀
工作面充分采動後兩帶發育高度
不同開采方案底闆應力變化特征
不同開采方案超前支承壓力演化規律
4号煤上分層回采結束後局部放大
不同推進距離的應變能密度演化趨勢
不同開采方案的沖擊危險性指數
2個關鍵塊結構運動受力
不同采厚下斷裂度及回轉角變化曲線
推進速度對2個關鍵塊回轉的影響
礦井合理産能确定方法
作者簡介
崔峰，男，1986年12月3日生，河南新鄉人，博士，教授，博導。陝西省青年科技新星、陝西省“高層次人才特殊支援計劃”青年拔尖人才，獲得第十屆全國高校礦業石油安全工程領域優秀青年科技人才提名獎，擔任第四屆煤炭工業技術委員會動力災害預警與防治專家委員會委員、中國岩石力學與工程學會軟岩工程與深部災害控制分會理事、中國岩石力學與工程學會岩石破碎工程專業委員會委員等。研究成果獲省部級一等獎4項、二等獎3項。發表學術論文30多篇，其中SCI/EI檢索20多篇，1篇論文入選中國精品科技期刊頂尖學術論文；出版著作4部，授權發明專利9項。
研究方向
特厚煤層綜放開采、動力災害控制、礦山多源災害監測與智能化分析
主要成果
緻力于西部地區采動煤岩力學響應規律及其控制研究，探索煤礦動力災害“三突一沖擊”的共性科學問題，建立融合工程設計/采掘擾動控制/煤岩改性三維關聯的動力災害控制技術體系。研究揭示了急傾斜特厚煤層動力災害發生機理，研發了急傾斜特厚煤層耦合緻裂技術，提出了沖擊地壓礦井科學産能确定方法，開發了基于采動加解除安裝響應比的動力災害預警與調控技術，研究成果在陝西、新疆等地的煤礦轉化應用，取得了良好的應用效果，促進了西部地區煤炭資源的安全開采與穩定供給。
來源：
崔峰，張廷輝，來興平，等． 沖擊地壓礦井不同采動強度下的開采擾動特征及其産能[J]． 煤炭學報，2021,46(12)：3781-3793．
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