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鲍春来的资料。 姓名：鲍春来（Bao Chunlai） 性别：男 生日：1983.2.17 籍贯：湖南长沙 身高：1.90米 体重：78公斤 项目：羽毛球 鲍春来来自湖南，身高臂长，动作灵活，打球悟性较高。2000年在广州举行的世青赛上，他一路过关斩将勇夺男单冠军，被选入国家一队。在汤仙虎和钟波两位教练的精心调教下，鲍春来在国家队又有了长足进步，开始在一系列国际比赛中崭露头角。汤杯赛前，他的世界排名一跃升至第二，被中国队选入汤杯阵容，成为第二单打。 在中国队教练眼中，鲍春来虽然技术水平提高较快，具备了较强的竞争力，但比赛经验欠缺，心态仍显稚嫩，临场发挥起伏较大。 2000年世界青年羽毛球锦标赛男单冠军； 2001年丹麦羽毛球公开赛男单冠军； 2002年全英公开赛四强，日本公开赛八强； 2003年新加坡、马来西亚、中国公开赛八强，德国、中国香港公开赛四强； 2004年瑞士、日本、中国公开赛亚军，汤姆斯杯冠军
煤科院安全分院采矿所所长赵善坤：采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究

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为总结中国煤炭科工集团“十三五”期间的科技成果，展示中国煤炭科工集团在构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系方面做出的成就，并为“十四五”煤炭科技发展提供参考。《煤炭科学技术》2021年第4期特邀中国工程院院士、中国煤炭科工集团科学技术委员会主任康红普院士担任客座主编，中国煤科一级首席科学家吴拥政研究员担任客座编辑，策划了“中国煤科首席科学家成果”专题。

煤科院安全分院采矿所所长赵善坤副研究员分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制，建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中，高低位厚硬岩层不同的破断位置组合，对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。

个人简介

赵善坤，男，辽宁葫芦岛人，博士，副研究员，硕士生导师，煤炭科学技术研究院有限公司安全分院采矿所所长。中国煤炭学会煤矿动力灾害防治专委会委员，中国岩石力学与工程学会动力学专委会委员。曾获全国煤炭工业一线优秀青年科技工作者（2013）、全国煤炭青年科技奖（2018）。先后主持和参与各类国家级项目7项，研究成果获省部级科技进步一等奖5项，省部级二、三奖15项；发表论文50余篇，其中SCI/EI收录23篇；授权国家发明专利15项，软件著作权6项；主持或参与制定国家标准及行业标准10项。

赵善坤研究员主要从事煤矿冲击地压理论与防控技术等方面的研究与技术推广工作。

（1）提出了冲击地压力构协同防控理论，明确了结构优化要以“吸能稳构、断联增耗”为指导，应力控制要以“转移释放，让压阻抗”为原则，构建了采动巷道冲击地压力构协同防控技术体系；

（2）提出以“顶板-煤层’结构体”为冲击地压防治的重点，建立煤矿冲击地压多级应力控制防冲动态调控体系，研发了钻屑法智能钻机、底板防冲钻用钻机和深孔顶板水压致切槽割缝、封孔压裂等配套机具；

（3）提出了动压巷道吸能让压卸支耦合支护理论，研发了高强度冲击吸能锚杆索，建立了以强化围岩强度和转移释放应力为主导，以吸能让压为辅的动压巷道支护体系；

（4）主持研发了小孔径水压致裂地应力测试装备和KJ820一孔多点采动应力监测测系统，构建了冲击地压“井-地-空”一体化监测平台，利用地质钻孔实现了井上下采场结构破断与应力运移的联合监测，实现了冲击地压的多参量综合监测预警。（简介来源于中煤科工集团官网）

摘 要

陕蒙地区冲击地压显现大多发生在二次采掘扰动影响下，煤层上方厚硬岩层结构破断诱发工作面采场附近动压显现已成为煤矿生产中重大安全隐患。为阐明采动巷道上覆高低位厚硬岩层破断对区段煤柱受力以及巷道围岩稳定性的影响，建立高低位厚硬岩层破断结构的力学模型，得到破断扰动影响下区段煤柱结构变形特征及应力分布特征，以巴彦高勒煤矿11盘区煤样试样为研究对象，利用自行设计的高位岩层模拟加载装置，借助非接触式全场应变测量系统的数字散斑相关分析方法，对高低位厚硬岩层在区段煤柱上方不同破断位置组合下区段煤柱及低位岩层的应力变形特征进行了试验研究。分析了上覆高低位厚硬岩层侧向不同断裂位置组合下区段煤柱受力特征及应力传递机制，建立了巷道上部厚硬顶板不同断裂位置与结构整体失稳荷载的力学模型。结果表明:高低位厚硬顶板岩层破断将会引起煤柱采空区应力集中，高低位厚硬岩层不同的破断位置组合，对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。区段煤柱整体结构稳定性与破断点位置密切相关，煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。随着破断点远离区段煤柱，区段煤柱受力由压剪逐渐转化为采空区煤顶传递的压弯作用。高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响低位顶板的破断情况，当低位破断点处于高位破断点以内，低位顶板随高位顶板破断1次，反之则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。随着高位顶板的破断，采动巷道及煤柱上覆岩层应力减小，区段煤柱稳定性下降，冲击地压风险增大。试验研究为陕蒙地区深部厚硬顶板条件下采动巷道动力灾害防治和区段煤 柱设计优化提供了参考。

引 言

煤炭在一次能源结构中的主导地位在未来很长一段时间内不会动摇。未来我国能源生产消费依旧以煤炭为主的格局不会改变。深部开采已成为目前煤炭资源开发新常态，我国主要成煤时期为石炭纪、二叠纪和侏罗纪。西北地区侏罗煤是大型河流相和湖泊相沉积体系下高位泥炭沼泽的产物，煤层上方多含厚硬岩层结构。据统计，西北地区60%以上矿井的主采煤层上方100 m范围内大多含有厚度为8~15 m、普氏系数大于4且层间距离较小的强度高、距离近、整体性强、垮冒性差的厚硬岩层结构，易造成工作面后方及侧向采空区悬顶长度过大，诱发工作面采场附近动压显现，已成为该地区煤矿安全生产中最大的安全隐患之一。陕蒙地区冲击地压显现大多发生在受二次采掘扰动影响的回风巷煤巷之中。采动巷道上覆厚硬岩层结构位于上工作面采空区边缘并在区段煤柱上方局部形成弧形三角块铰接结构，其中厚硬岩层采空区侧向破断方式、破断位置及其与区段煤柱的相互位置关系，直接影响区段煤柱的应力分布和结构强度。

1 试验设计

试验方案为将高位基本顶板的活动作为力源，通过低位直接顶板传递至煤柱产生挤压作用的过程。试验方案中，高位基本顶可以视为刚性体，其在回转装置的作用下模拟基本顶断裂;特制岩板模拟低位直接顶，煤体圆孔模拟巷道，侧向开 口模拟采空区。试验的整体过程表征基本顶垮断挤压直接顶作用在采空区煤柱的工程实际问题。试验在煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室开展完成。

1.1 试样制作

试验所用煤岩样取自巴彦高勒煤矿11盘区，该盘区为矿井首采盘区，311103工作面内煤层平均厚度为5.42 m，平均倾角为1.5°。煤层上方100 m范围内存在4层厚硬岩层，尤其是煤层上方60 m范围内的3层厚硬顶板，其结构特征及力学特性对沿空煤巷矿压显现影响显著。由冲击倾向性鉴定报告可知该盘区煤体具有弱冲击倾向性，煤岩样的力学参数见表1，冲击倾向性鉴定结果见表2。将煤加工为150 mm×150 mm×150 mm的立方体煤样，岩石加工为150 mm×150 mm×25 mm的板型岩样。利用双端面磨石机和调速磨石机对煤岩试样进行研磨精加工，保证试件6个表面任意两端面不平行度低于0.05 mm，轴向偏差不应大于 0.25°。使用特制加工的直径为20 mm的金刚石钻头在煤样边缘先后开孔，相邻钻孔之间用高强度电钻修边，模拟侧向采空区，并且在平行于侧向采空区、间隔为60 mm的位置钻孔模拟临空巷道工作面，钻进过程中控制速度，按照先小 孔、再扩孔、后修孔的顺序，加工钻孔。对中粒砂岩岩板进行了预制裂缝，分别在岩板长边1/4处、1/2处位置，采用长距锉刀制取深度约为5 mm 的裂缝，用以在试验中控制低位厚硬岩层的破断位置。

1.2 试验设备及设计

模拟高位厚硬岩层在不同破断位置下对低位厚硬岩层的影响，进而分析高低位厚硬顶板不同破断组合模式下的区段煤柱受力特征。设计了模拟高位岩层加载试验装置，主要由回转刚板、回转驱动装置、配重钢块3部分组成(图4a)。其中回转钢板模拟高位顶板，回转钢板的回转过程模拟高位顶板的破断过程。回转驱动装置由液压千斤顶和固定件组成，回转动力由液压千斤顶提供。配重钢块用于加强结构内部强度，平衡试验装置整体的受力情况。

1.3 试验力学分析

在图5所示的二维化模型中，回转压头及高低位厚硬岩层之间的均布面力，可以等效为施加在回转钢板的集中荷载，等效作用点为回转驱动装置压头与回转钢板接触面的形心。

2 散斑变形及应力分析

试验各个测点应变-时间曲线如图8所示，分别记录各个测点水平x方向与竖直y方向，应变为正值时表示该方向受拉，负值则表示受压。表3至表6列出了4个方案各2个试样7 个测点的应变演化过程。

3 分析讨论

3.1 破断位置影响

对4种典型的高低位厚硬岩层的破断位置情况进行了试验研究。结果表明，高位与低位厚硬顶板的破断对区段煤柱的应力应变具有较大的影响。顶板破断往往伴随着巨大的能量释放，容易造成下方煤顶结构强度较弱的部位发生失稳破坏，成为煤矿开采过程中的安全隐患。高位厚硬岩层与低位厚硬岩层的破断点与下方区段煤柱的相对位置与整个结构模型的承载能力密切相关，在工程实际中，应当根据高低位厚硬岩层的断层及节理情况，控制留设煤柱的宽度及位置，避免顶板破断的应力集中在采空区煤顶等承载力较弱位置。

另一方面，当区段煤柱上方厚硬顶板发生破断后，可以依据文中模型计算区段煤柱结构薄弱处的应力集中情况，针对其承载能力提前进行处理，防止失稳破坏或冲击地压灾害的发生。

3.2 工程应用分析

实际工程中，厚硬顶板的破断位置具有不可预测性，文中试验给出了4种典型破断结构下对区段煤柱的应力及变形影响。参考试验结果，结合高低位厚硬岩层的破断回转力学模型，对模型中不同L、H的取值进行敏感性分析，得到各种情况下结构失稳所需的回转荷载的归一化分布情况如图13所示。

4 结 论

1)利用自行设计的岩层破断回转加载装置和大尺寸煤岩试样，对比分析了采动巷道高低位厚硬岩层在区段煤柱上方 4种不同破断位置组合下，低位厚硬岩层应变特征、区段煤柱的受力状态，建立了不同破断位态组合下顶板全过程载荷计算模型和区段煤柱极限强度计算模型。

2)高低位厚硬岩层不同的破断位置组合，对下部岩层的运动变形和区段煤柱应力分布和巷道围岩稳定影响显著。高低位岩层破断位置越靠近采空区，区段煤柱的应力水平越大，区段煤柱及巷道越不 稳定且更容易破坏。煤体在回转作用下破坏所需的应力大小与高位岩层顶板破断点对采空区顶煤的力矩负相关。破断点靠近区段煤柱，区段煤柱受力主要为压剪;破断点远离区段煤柱时，区段煤柱受力主要为采空区煤顶传递的压弯作用。

3)高低位厚硬岩层顶板破断的相对位置影响下位顶板的破断情况。当低位破断点处于高位破断点以内，低位顶板随高位顶板破断一次。当低位顶板破断点位于高位以外，则低位岩层顶板将会随着高位岩层破断回转发生2次破断。

引用格式

赵善坤，赵 阳，王春来，等.采动巷道侧向高低位厚硬顶板破断模式试验研究[J].煤炭科学技术，2021，49 (4):111-120.ZHAO Shankun， ZHAO Yang， WANG Chunlai，et al.Experimental study on fracture mode of lateral high and low thick and hard roof in mining roadway[J].Coal Science and Technology，2021，49(4):111-120.

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