板内增加大仰角的基本顶弱化孔，达到切断能量传递“ㄟ”路径，消耗中赋存的高能量；②针对已传递至煤体内的剩余弹性能，可采取煤体高压注水的方法。通过改变煤体物理力学性质，降低煤体冲击倾向性、消耗一部分弹性能；③针对分布在顶板巷煤帮侧的残余弹性能则采用煤帮大直径空孔卸压方法。通过增加巷道煤帮的塑性区范围，达到消耗煤帮侧弹性能，
如图9所示，超前顶板弹性能释放后，Ⅰ区内弹性能释放明显。Ⅱ区受到爆破工艺的限制，工作面上部弹性能释放效果明显，未耗散的剩余弹性能转移至具备承载能力的岩层内。所以在上覆岩层的外层承形成载结构与顶板未释放区内均聚集较高的弹性能，“人”了字型弹性能分叉形态。
“人”“丿”字型弹性能分叉中的是由于超前顶板深孔爆破后形成的裂隙区的顶板失去聚集弹性能的能力。上覆岩层荷载由距离煤层较远的关键层即外层承载结构承担。关键层的屏蔽保护以及骨架作用使得该层岩体聚集大量的弹性能
。
322
煤炭学报
2014年第39卷
促进弹性能转移至煤壁深部区域的目的。
可见，悬顶能量释放阶段工作重点为预先释放重点弱化区内弹性能，避免由悬顶断裂导致冲击地压发
字型弹生。次生能量消耗阶段工作重点为针对“人”性能分叉特点，对顶板及煤体进行定向弹性能释放，
利用多种卸压方法逐级消耗次生弹性能，防止次生灾害的发生。
弹性能定向释放防冲布置方案如图10所示。首先在顶板巷和底板巷内各布置1组超前顶板爆破孔，每组炮孔包括端头弱化孔与基本顶弱化孔。顶板巷的基本顶弱化孔①的可切断顶板未弱化区内弹性能传递路径。端头弱化孔②，③的主要作用是定向释放顶板x=0至x=1/6l区域内的弹性能。底板巷的基本顶弱化孔④，⑤可定向释放顶板x=5/9l至x=7/9l区域内的弹性能。在爆破工艺以及设备等因素满足的情况下，尽量减小①，④孔之间的间距，并保证爆破高度为承载岩层一半以上即大于20m。在顶板巷布
表1
Table1
孔号①②③④⑤⑥⑦⑧⑨
孔径/mm80808080804545120120
钻孔仰角/（°）
9560300～530－45－25－55
置1组覆盖煤层中下部区域的高压注水孔⑥、⑦以改
“ㄟ”变易弹性能分叉中区域内煤体的物理性质。在顶板巷和底板巷内各布置1组大直径空孔⑧、⑨以消
耗局部区域内弹性能。最终形成定向释放防冲方法，具体参数见表1
。
图10
Fig.10
顶板弹性能定向释放防冲方案
Directionalelasticenergyreleasingmethodscheme
防冲方法参数汇总
Parametersofrockburstcontrolmethods
钻孔长度/m
453230503840301515
装药长度/m
2920192724————
装药量/kg
4934324540————
封孔长度/m
16121123142010——
注水压力/MPa
—————2525——
在走向方向上，冲击地压防治方案主要根据冲击地压危险性区域划分与顶板活动时期制定。在弱冲击危险区域内，超前工作面100m范围内沿走向进行单轮次防冲卸压。每组在倾向上按照图10所示方案布置。
走向上超前顶板深孔爆破孔的组间距为10m，煤层高压注水、大直径空孔的组间距为5m，超前工作面100m范围内顺序进行解危。在强冲击地压危险区域内，采用沿走向多轮次防冲卸压。第1轮与单轮次防冲参数一致。第2轮则在周期来压前几日在工作面前方60m范围内进行二次解危。二次解危主要以对顶板的弹性能定向释放为主，所以第2轮由2个孔组成，分别为端头弱化孔②、④。弱化孔布置在首轮两组防冲弱化之间进行，组间距为10m一组。可在强冲击地压危险区域内形成组间距为5m的防冲带，如图11所示
。
图11Fig.11
顶板弹性能定向释放防冲方法走向布置
Diagramofholelayoutschemeinfrontoftheface
6防冲效果检验
自2013年11月王家山矿施行弹性能定向释放
防冲方法，至2014年4月未发生冲击地压事件。如图12所示，采取防冲措施后周期来压步距平均减小27%，来压期间动载系数平均下降17%，来压
增刊2张基伟等：大倾角特厚煤层悬顶结构能量分布特征与防冲方法
323
期间支架阻力平均下降10%，未见安全阀开启，仅在工作面中下部存在煤体片帮现象。可见，悬顶能量释放效果明显，能够缩短周期来压步距、降低顶板断裂释放的动能
。
图14
Fig.14
来压期间的平均动载系数曲线
Dynamicloadingfactorduringpressurized
period
图12
Fig.12
推进度与支架阻力的关系
Ｒelationshipofimpelspeedandsupportresistance
如图13所示，在悬顶释放阶段工作面中上部的支架平均阻力下降程度最大，约为20%。而工作面特别是距离下出口24m位置的下部支架平均阻力，
2号支架阻力上升。可证实顶板能量释放后形成的“人”字型弹性能分叉对圆弧段区域的影响较大。采取弹性能递减防冲方案后，工作面下部支架来压期间非对称弹性能递减防冲阻力下降约为20%。可见，
对圆弧段区域弹性能分布影方案成功的解决“ㄟ”响
。
Fig.15
图15
地音监测能量与频次变化曲线
Frequencyandenergyofearth-soundmonitoring
7结论
（1）考虑上覆岩层载荷、水平构造力、工作面下
部充填矸石支撑力、残余煤柱支撑力等因素，建立了
并利用力法求解出弯曲变形倾斜悬顶结构力学模型，
能分布函数。确定了顶板重点防治区域坐标为x=0至x=1/6l及x=5/9l至x=7/9l。
（2）利用UDEC2D对大倾角煤层顶板弹性能定向
发现弹性能释放后会形成“人”释放效果进行分析，
图13
Fig.13
来压期间的平均阻力曲线
字型能量分叉形态。其中能量分叉“ㄟ”是顶板防冲
卸压后的主要灾源。
（3）针对重点防治区域与“人”字型能量分叉形态，提出了弹性能定向释放冲击地压防治方法，将防治过程分为悬顶能量释放阶段与次生能量消耗阶段。并根据不同阶段的防治机理，设计相应的防治方案。
（4）利用顶板动态监测与地音监测进行防冲效不仅能果检验。证明利用弹性能定向释放防冲方法，
够有效消耗顶板重点区域的能量，降低由顶板能量突然释放导致冲击地压的危险。还能逐层消耗顶板爆破后产生的能量分叉“ㄟ”对工作面下部区域的影避免次生灾害的发响。可有效切断能量传递路径，生。参考文献：
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12月11—12日2d内顶板巷超前如图14所示，
25m范围内顶板压力较大可达到22MPa左右，煤壁有片帮现象。根据危险区域划分，该区域发生过冲击地压，为强冲击危险区域。所以在12月13日检修班按照防冲方案开展二次防冲卸压。12月13日在工作面超前25m范围内的顶板压力显著降低。说明二次解危减小了发生冲击地压的危险性。
12月13日能量如图15所示，二次防冲解危后，
与频次均显著下降。且在12月16日顶板来压期间，
4
煤岩体的能量与频次平稳上升，且能量小于10J。
说明二次防冲卸压达到释放端头弹性能、降低来压强
保证了冲击危险区域的安全
。度的效果，
324
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