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创新点
（1）分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征，确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点，揭示了巷道冲击破坏机制。
（2）建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型，提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。对巷道围岩远、近场卸压以降低巷道冲击能量和应力；利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“四高”锚杆(索)主动支护，结合围岩结构重塑技术，提高巷道围岩自承载和抗冲击能力；结合钢棚、缓冲垫层及防护支架，通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系，改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。
（3）提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术，开发了长、短孔分段水力压裂工艺，研发了配套的压裂机具和设备；研制了高冲击韧性锚杆(索)支护材料；提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构。
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作 者
吴拥政1,2,3,4,付玉凯1,2,3,4,何 杰1,2,3,4,陈金宇1,2,3,4,褚晓威1,2,3,4,孟宪志1,2,3,4
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单 位
1. 中煤科工开采研究院有限公司；2. 天地科技股份有限公司 开采设计事业部；3. 煤炭科学研究总院 开采研究分院；4. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室
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研究背景
鉴于冲击地压事故主要发生在回采巷道,回采巷道冲击地压防治已成为目前国内外学者研究的焦点。冲击地压灾害的防治主要分为灾害预警和灾害防控,灾害预警主要包括微震监测、地音监测、电磁监测及煤柱应力监测等手段,灾害防控主要是从采区布置优化、主动解危和支护防冲等方面开展。
由于冲击地压发生地点和时间难以提前预测、预报,单独依靠预警、卸压解危等措施仍不能彻底控制冲击地压的发生。巷道支护作为巷道冲击地压防治的最后一道防线,合理的防冲支护能有效降低或避免冲击地压造成的破坏。
目前,国内对深部冲击地压巷道控制方面的研究主要集中在2个方面:①应力控制。②防冲支护。国内外学者在上述方面开展了大量的研究工作,但缺乏对卸压、支护及防护3种防控手段的相互作用机制及协同防控原理方面的研究,有必要从卸压、支护及防护3个方面开展研究,分析3种技术手段间的互馈机制,揭示深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理,从而充分发挥3种技术手段的协同防控效果
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摘 要
针对深部冲击地压巷道高应力、强冲击造成的强矿压显现难题,分析了深部冲击地压巷道围岩变形破坏特征,确定了导致深部冲击地压巷道强冲击显现的防控难点,揭示了巷道冲击破坏机制。在分析深部冲击地压巷道破坏机制的基础上,建立了深部冲击地压巷道围岩力学模型,分析了动、静叠加载荷、支护应力、围岩力学属性与莫尔圆间的相互作用关系,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理。
通过对巷道围岩远、近场进行卸压,从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力;利用高预应力、高强度、高延伸率及高冲击韧性“ 四高” 锚杆( 索) 主动支护,结合围岩结构重塑技术,提高巷道围岩自承载和抗冲击能力;结合钢棚、缓冲垫层及防护支架,通过高阻尼作用快速抑制巷道围岩的冲击震动。
通过协调“卸压-支护-防护”3种技术手段的时空关系,改变冲击地压巷道能量释放、传播及耗散形式。基于“卸压-支护-防护”协同防控原理,提出了深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控技术,开发了长、短孔分段水力压裂工艺,研发了配套的压裂机具和设备;研制了高冲击韧性锚杆(索) 系列支护材料,大幅度提高了支护材料的强度和韧性;提出了以钢棚、缓冲垫层及防护支架为一体的巷道复合防护结构,复合防护结构能有效吸收巷道围岩内的冲击动能,抑制围岩震动。
研究成果在蒙陕和义马典型冲击地压矿井开展了工业性试验,“卸压-支护-防护”协同防控技术改变了厚层坚硬岩层冲击能量释放形式,有效抵御了高动、静叠加载荷,减小了巷道围岩整体冲击变形,控制了深部冲击地压巷道围岩稳定。
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部分图片
冲击发生后巷道围岩变形情况
深部冲击地压巷道变形破坏机制示意
深部冲击地压巷道各阶段破坏的莫尔圆
深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控示意
预应力支护与莫尔圆关系
长钻孔水力压裂设备组成
锚杆(索)工作阻力曲线
两柱八字形框架式防护支架
钢棚与围岩间不同缓冲垫层冲击力曲线
微震活动事件及能量统计
协同防控技术试验效果
作者简介
吴拥政，男，1978年5月19日生，河南修武人，博士，研究员，硕士生导师，中国煤炭科工集团首席科学家，中煤科工开采研究院有限公司巷道所所长。获国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步奖一等奖11项；发表论文70余篇（SCI/EI收录37篇），获授权国家发明专利35件，编写国家及行业标准13项。入选国家百千万人才工程，并授予“有突出贡献中青年专家”，享受国务院政府特殊津贴，曾获孙越崎青年科技奖、全国煤炭青年五四奖章、最美煤炭科技工作者、杰出工程师青年奖等。
研究方向
巷道矿压与支护技术
主要成果
一直从事煤矿巷道矿压与支护技术的研究和推广工作，取得多项研究成果。发明了煤矿井下地质力学原位快速测试方法及装备；开发出煤矿巷道高预应力锚杆支护成套技术；开发了小孔径定向水力压裂坚硬顶板控制技术与装备；发明了锚杆动静载力学性能综合测试系统，开发了高冲击韧性超高强度锚杆(索)材料，开发了煤矿巷道抗冲击预应力支护关键技术。
来源：
吴拥政,付玉凯,何杰,等. 深部冲击地压巷道“卸压-支护-防护”协同防控原理与技术[J]. 煤炭学报,2021,46(1):132-144.
WU Yongzheng,FU Yukai,HE Jie,et al. Principle and technology of “pressure relief-support-protection” collaborative prevention and control in deep rock burst roadway[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(1):132-144.
责任编辑：钱小静
编辑整理：郭晓炜
审核：常 琛
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