能量大作战：煤矿冲击地压与巷道顶板"能量谁更强"？
前言：在近年来中国的煤矿中，采用了"巷道挖槽"技术来加快煤炭资源的回收率和巷道开挖速度。该技术通过在煤柱之间的稳定空隙中开挖巷道。
它是一种高回收率和先进的采矿技术，已被广泛应用。稳定的煤柱对上覆岩层的稳定性产生显著影响，这对于提高煤炭回收率至关重要。保持稳定是确保煤矿可持续生产的关键因素。
过去30年里，巷道挖槽技术取得了许多关于煤柱稳定性的研究成果。在研究巷道挖槽的运动特征的基础上，指出提高锚杆预张力和支护强度是保证稳定性的关键因素。
采用高强度锚杆加固煤柱对于周围岩石的稳定性至关重要。在数值模拟、理论分析和工程实践的基础上，研究了破坏结构对煤柱稳定性的影响。
中国西部和东部煤矿，分六个析总结了影响煤柱变形和破坏模式的关键因素，并为保证煤柱稳定提出了相应对策。
根据以往的观点，当相邻工作面上覆岩层的稳定运动结束后，就会开挖驱动相邻采区的巷道。巷道挖槽中驱动相邻煤柱的低应力环境有助于消除岩爆的风险。
巷道挖槽技术的广泛采用导致了近期采矿实践中巷道挖槽中的煤柱诱发的岩爆，给安全生产带来了严重威胁。
岩爆是煤岩中储存的弹性能量的迅速释放过程。基于突变理论，Pan和Wang对圆形隧道的岩爆机理进行了研究，并指出如果相对未受损部分释放的弹性变形能量超过了耗散能量，岩爆就会突然发生。
从能量积累和耗散的角度研究煤柱动态不稳定导致的岩爆是合理可行的。建立了煤柱和巷道顶板在巷道挖槽技术中的力学系统模型，并分析了力学系统中的能量平衡关系。
在此基础上，得出了力学系统的平衡方程，并获得了煤柱岩爆的机理。煤柱诱发的岩爆可以用折叠突变数学模型来解释，为预防和控制相邻空区中巷道的岩爆提供了理论指导。
在新安煤矿的3306工作面前部压力区域，发生了由煤柱引发的岩爆事件。该煤矿的煤层平均埋深为550米，平均厚度为5.05米。
煤体为带状结构，存在裂隙，硬度因子为f = 3.3，抗压强度为14兆帕。直接顶板为砂质泥岩，厚度为8.5米，硬度因子为f = 5.9，抗压强度为36兆帕。
煤层的直接底板为粉砂岩，厚度为7.5米，硬度因子为f = 5.2，抗压强度为30兆帕。这些参数用于理论计算和数值模拟。岩爆倾向是煤的固有属性，煤样品的力学测试可以得到四个岩爆倾向指标。
测得的岩爆倾向指标结果显示，动态损伤时间为46毫秒，弹性能量指数为6.79，冲击能量指数为5.14，抗压强度为14.0兆帕。综合评价煤样品显示出较强的冲击倾向。
工作面3304驱动的巷道作为工作面3306的通风巷道。由于巷道高度较大，导致煤柱出现剥落，煤墙移动了400-1000毫米，伴随着巨大的噪音和振动。巷道底板出现严重隆起，最大值达到800毫米，钢梯、横梁和锚杆严重破损。
为了进一步研究岩爆的机理，建立了数值模型。通过对煤样的力学实验，得到相关的力学数据。
根据煤矿的地质参数和相关的力学参数，使用FLAC3D软件得到了巷道开挖后煤柱支撑应力的分布特征。煤和岩石的破坏使用莫尔-库仑破坏准则进行评估。
在煤炭开采过程中，工作面前部会出现明显的破坏和应力释放。煤体的强度会大大减弱，煤层中的裂缝也会广泛发展。在煤体中积累的能量也会得到较大释放，这也会降低煤层的冲击倾向。
当煤层被开采50米时，在距工作面10米的地方出现应力集中，并且三维应力也在同一位置出现应力集中。当煤层被开采100米时，应力集中出现在距工作面40米的地方，并且应力集中位置距工作面更远。
结论
煤柱动态失稳引发的冲击地压是由煤体表现出的应变软化特性所致的一种物理失稳现象。如果煤体的应变软化阶段，煤柱消耗的能量增量小于巷道顶板释放的能量增量，并且多余的能量转化为煤柱的动能，那么就会发生煤柱的动态失稳。
通过建立巷道顶板和煤柱的力学模型，基于能量-功平衡方程和折叠突变数学模型，得出了采场边的煤柱冲击地压机理。当力学模型的刚度因子小于1且外部力足以使煤柱达到峰值应力点时，就会发生冲击地压灾害。
对新安煤矿发生的采场边冲击地压进行了工程分析和数值模拟。由于采矿引起的应力释放在一定程度上降低了冲击地压的风险。力学系统释放的弹性能量量为6.4512 × 107 J，相当于2.1级里氏震级的地震，与观测数据接近，验证了研究方法的正确性和合理性。
