沖 擊地壓是國(guó)際巖石力學(xué)界疑難問題之一，本書所述內(nèi)容建立在對(duì)沖擊地壓概念及其機(jī)理重新認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)理論與成套技術(shù)的結(jié)合，系統(tǒng)介紹了沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論 及其成套應(yīng)用技術(shù)。具體內(nèi)容包括了沖擊地壓概念重新認(rèn)識(shí)及“三階段”物理演化過程解析；沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)理論及其分類、載荷判據(jù)；沖擊地壓的沖擊危險(xiǎn)性 預(yù)評(píng)價(jià)技術(shù)；沖擊啟動(dòng)載荷源分源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)及分源權(quán)重綜合預(yù)警系統(tǒng)；誘發(fā)沖擊啟動(dòng)載荷源區(qū)域疏導(dǎo)、局部分源治理技術(shù)；基于沖擊啟動(dòng)理論的沖擊地壓分 類、系統(tǒng)防治應(yīng)用實(shí)例；最后介紹了一脈相承的沖擊地壓防治理論與成套技術(shù)體系。
本書既有深入、系統(tǒng)的理論新認(rèn)識(shí)，又有理論應(yīng)用的成套實(shí)用技術(shù)及新技術(shù)，近10年的實(shí)踐驗(yàn)證，彰顯了我國(guó)沖擊地壓防治理論與技術(shù)的新進(jìn)展以及災(zāi)害防治效果上了一個(gè)新臺(tái)階。
本書可供采礦工程、安全工程、巖石力學(xué)領(lǐng)域的科研、教學(xué)、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)單位的工程技術(shù)人員參考使用。
圖書在版編目（ＣＩＰ）數(shù)據(jù)
沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論與成套技術(shù) / 潘俊鋒等著. -- 徐州:
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2016.5
ISBN 978-7-5646-3045-4
Ⅰ. ①?zèng)_… Ⅱ. ①潘… Ⅲ. ①礦山壓力－沖擊地壓－
地壓控制 Ⅳ. ①TD324
中國(guó)版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2016)第045044號(hào)
前 言
沖擊地壓是發(fā)生在煤礦井工開采過程中的典型動(dòng)力災(zāi)害之一，沖擊地壓更為嚴(yán)重的后果是可以誘發(fā)煤與瓦斯突出、煤層自然發(fā)火、冒頂?shù)热核廊簜拇紊鸀?zāi)害。國(guó)外，從1738年英國(guó)的南史塔福煤田發(fā)生并第一次記載沖擊地壓以來，已有278年的歷史，其間在世界上發(fā)生沖擊地壓的國(guó)家除我國(guó)外，還有英國(guó)、波蘭、法國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、烏克蘭、南非、美國(guó)、日本、澳大利亞等23個(gè)國(guó)家和地區(qū)。目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家因?yàn)?zāi)害及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整原因，沖擊地壓礦井陸續(xù)關(guān)閉，我國(guó)成為沖擊地壓災(zāi)害防治研究大國(guó)。我國(guó)最早記錄的沖擊地壓發(fā)生在1933年撫順礦區(qū)的勝利煤礦，當(dāng)時(shí)造成80余人死亡。隨后，北京、開灤、棗莊、新汶、兗州、義馬、鶴崗、雙鴨山、遼源等礦區(qū)都發(fā)生過重大沖擊地壓災(zāi)害。目前，我國(guó)沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量已從1985年的32個(gè)發(fā)展到現(xiàn)在的170多個(gè)，分布于20多個(gè)省（市、自治區(qū)）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，就2000~2012年期間，全國(guó)煤礦共發(fā)生沖擊地壓事故304起，傷亡人數(shù)達(dá)509人，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，形成了不良的社會(huì)影響。
沖擊地壓發(fā)生次數(shù)隨煤層開采深度增加，呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)關(guān)系，而我國(guó)煤炭資源按深度分布的儲(chǔ)量，埋深超過1 000 m的煤炭?jī)?chǔ)量有2.5萬億t，約占總儲(chǔ)量的53%，并且我國(guó)煤礦大多建于20世 紀(jì)五六十年代，目前進(jìn)入深部開采高峰期，煤礦沖擊地壓發(fā)生頻度、強(qiáng)度及區(qū)域都在逐年增加。同時(shí)，隨著井田、采區(qū)的充分采動(dòng)，堅(jiān)硬頂板下采空面積的不斷加 大，以及大功率、長(zhǎng)運(yùn)距、高可靠性綜采與綜放裝備的應(yīng)用，煤礦井下推進(jìn)速度、開采強(qiáng)度不斷加大，近幾年淺部開采發(fā)生沖擊地壓的礦井也接連出現(xiàn)。
因此，加大沖擊地壓災(zāi)害防治研究，是保障占53%以上的深部煤炭資源及淺部堅(jiān)硬頂板條件下煤炭安全開采，保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步及人民生命、財(cái)產(chǎn)安全刻不容緩的重要任務(wù)。
沖擊地壓發(fā)生機(jī)理的研究是其有效防治的基礎(chǔ)，近300年來，人們一直嘗試著去認(rèn)識(shí)沖擊地壓，期間形成了“強(qiáng)度理論”、“剛度理論”、“能量理論”、“沖擊傾向性理論”以及后來的“失穩(wěn)理論”和“三因素機(jī)理”等等觀點(diǎn)。這些理論都從不同側(cè)面揭示了沖擊地壓發(fā)生條件與原理，對(duì)于沖擊地壓研究起到了應(yīng)有的推進(jìn)作用。
盡 管如此，目前沖擊地壓監(jiān)測(cè)、防治技術(shù)運(yùn)用還是與機(jī)理有所脫節(jié)，缺乏從某一理論認(rèn)識(shí)出發(fā)，進(jìn)行后期監(jiān)測(cè)、防治方法取舍、方案設(shè)計(jì)及技術(shù)開發(fā)，往往表現(xiàn)為多種 同類型的監(jiān)測(cè)設(shè)備平行使用或者監(jiān)測(cè)沒有空間、時(shí)間概念存在盲區(qū)，多種監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)矛盾；防治措施缺乏針對(duì)性，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或者破壞了圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)或者促進(jìn)了沖 擊地壓發(fā)生，尤其是對(duì)于新出現(xiàn)沖擊地壓的礦井，面對(duì)眾多的不確定影響因素、層出不窮的監(jiān)測(cè)與防治方法望而卻步，難以決策；沖擊地壓災(zāi)害嚴(yán)重礦井，一般是只 要發(fā)生一次災(zāi)害就全礦井、全煤層盡可能多地上手段，結(jié)果往往造成人力、物力以及經(jīng)濟(jì)上的疲憊，無法堅(jiān)持，或者是顧此失彼，無的放矢。一些技術(shù)成熟的礦井也 是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的不斷的教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)積累過程。為此，一部全面、系統(tǒng)介紹沖擊地壓防治理論與成套應(yīng)用技術(shù)體系的著作急需面世，以便為全國(guó)沖擊地壓礦區(qū)、礦井災(zāi) 害防治起到積極促進(jìn)作用。
本書在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等基金資助下，以煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究院（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部）近10年來，尤其是“十二五”期間在沖擊地壓領(lǐng)域所取得的80余項(xiàng)科研成果為基礎(chǔ)，以對(duì)沖擊地壓概念及其機(jī)理重新認(rèn)識(shí)為切入點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論及其成套應(yīng)用技術(shù)。
沖 擊地壓研究一般分為機(jī)理、預(yù)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、防治四環(huán)節(jié)，考慮到本書從重新認(rèn)識(shí)沖擊地壓概念出發(fā)，從源頭，系統(tǒng)地對(duì)每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行了翔實(shí)的分解與介紹，因 此，本書采用了篇、章、節(jié)形式編排，全書大結(jié)構(gòu)通過八個(gè)篇幅來體現(xiàn)，每篇又按所涉及的理論、技術(shù)歸類等設(shè)置若干章節(jié)。第一篇為緒論，對(duì)沖擊地壓進(jìn)行總體概 述及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀介紹。第二篇為沖擊地壓物理演化過程剖析，介紹了沖擊地壓發(fā)生的影響因素及“三階段”物理演化過程。第三篇為沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)理論， 介紹了沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)理論及其分類、載荷判據(jù)。第四篇為沖擊地壓的沖擊危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)價(jià)技術(shù)，介紹了沖擊危險(xiǎn)性的宏觀評(píng)判；計(jì)算機(jī)仿真及基于集中靜載荷探 測(cè)的地震CT原 位評(píng)價(jià)技術(shù)。第五篇為沖擊啟動(dòng)載荷源分源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，介紹了監(jiān)測(cè)預(yù)警沖擊地壓的理論基礎(chǔ)；大范圍集中動(dòng)載荷微震監(jiān)測(cè)技術(shù)；局部區(qū)域集中動(dòng)載荷地音監(jiān) 測(cè)技術(shù)；集中靜載荷在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；沖擊地壓分源權(quán)重綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。第六篇為誘發(fā)沖擊啟動(dòng)載荷源綜合治理技術(shù)，介紹了區(qū)域防范沖擊地壓的理論與技術(shù)；局 部防治的采動(dòng)圍巖近場(chǎng)集中靜載荷卸壓；局部防治的采動(dòng)圍巖遠(yuǎn)場(chǎng)集中動(dòng)載荷源消源；局部防治的采掘空間強(qiáng)力支護(hù)防沖降災(zāi)方法。第七篇為基于沖擊啟動(dòng)理論的沖 擊地壓防治實(shí)踐，介紹了局部防治沖擊地壓的理論與技術(shù)體系；集中靜載荷型沖擊地壓防治實(shí)踐；集中動(dòng)載荷型沖擊地壓防治實(shí)踐。第八篇為沖擊地壓防治理論與成 套技術(shù)體系建立，介紹了沖擊地壓科學(xué)防治理論與技術(shù)體系；沖擊地壓研究展望。
全 書的整體構(gòu)思、統(tǒng)稿和審定由潘俊鋒負(fù)責(zé)。各章編寫分工：第一章，潘俊鋒；第二章，潘俊鋒、毛德兵；第三、四、六章，潘俊鋒；第五章，潘俊鋒、楊磊、劉少 虹；第七章，秦子晗；第八章，潘俊鋒、秦子晗；第九章，王書文、毛德兵；第十章，潘俊鋒，毛德兵；第十一章，夏永學(xué)、王傳鵬、陳法兵、李巖；第十二章，夏 永學(xué)、馮美華、王傳鵬；第十三章，潘俊鋒、王書文、毛德兵；第十四章，潘俊鋒、秦子晗、馮美華、夏永學(xué)；第十五章，潘俊鋒；第十六章，潘俊鋒、王書文、藍(lán) 航；第十七章，潘俊鋒、雷毅、杜濤濤；第十九章，潘俊鋒；第二十章，潘俊鋒、劉少虹、馮美華、王書文；第二十一章，潘俊鋒、王書文；第二十二章，潘俊鋒、 毛德兵；第二十三章，潘俊鋒。此外，第三章，引用了潘立友教授文獻(xiàn)；第十八章分別引用了康紅普院士、潘一山教授文獻(xiàn)。此外，采礦技術(shù)研究所沖擊地壓研究室 的其他人員也參加了部分小節(jié)的編寫與圖件修改。
本 書的特點(diǎn)是系統(tǒng)地從源頭、從基礎(chǔ)起步，強(qiáng)調(diào)理論與成套技術(shù)的結(jié)合，全書一個(gè)理論貫穿到所有沖擊地壓技術(shù)中，并進(jìn)行了大量實(shí)踐驗(yàn)證。另外，本書展示出了很多 新觀點(diǎn)、新認(rèn)識(shí)、新思考、新技術(shù)、新知識(shí)，有些為尚未公開發(fā)表的科研成果及學(xué)術(shù)理論。本書所涉及的很多研究成果是與煤炭企業(yè)合作完成的。山東新汶、淄博、 濟(jì)寧、兗州，內(nèi)蒙古平莊、上海廟，河南義馬，陜西彬長(zhǎng)、麟游，黑龍江鶴崗、七臺(tái)河、雙鴨山，吉林龍家堡，甘肅華亭，山西潞安，新疆等礦區(qū)礦井給予了大力支 持與幫助。本書得到了煤炭科學(xué)研究總院學(xué)術(shù)著作出版基金資助。在本書的編寫過程中，煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究院及采礦技術(shù)研究所的領(lǐng)導(dǎo)給予了大力支 持。在此一并表示衷心的感謝，同時(shí)感謝所有引用及疏漏文獻(xiàn)的作者。
由于作者水平有限，書稿中難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤或不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
作 者
2016年4月15日
目 錄
序 2
前言 2
目錄 2
第一篇 緒論 5
第1章 沖擊地壓概述 5
1.1 沖擊地壓的基本術(shù)語(yǔ) 5
1.2 沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn) 6
1.3 沖擊地壓的傳統(tǒng)分類 7
1.4 沖擊地壓防治基本程序 9
第2章 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 10
2.1 沖擊地壓發(fā)生物理過程與機(jī)理研究 10
2.2 沖擊地壓危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)價(jià)技術(shù) 12
2.3 沖擊地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù) 13
2.4 沖擊地壓防治技術(shù) 16
2.5 沖擊地壓機(jī)理向防治延伸的要求 18
第二篇 沖擊地壓物理演化過程剖析 20
第3章 沖擊地壓發(fā)生的影響因素 20
3.1 沖擊地壓發(fā)生的宏觀條件 20
3.2 地質(zhì)賦存因素 21
3.3 開采技術(shù)因素 30
第4章 沖擊地壓“三階段”物理演化過程 37
4.1 沖擊地壓的黑箱研究方法 37
4.2 沖擊地壓顯現(xiàn) 38
4.3 沖擊啟動(dòng) 39
4.4 沖擊能量傳遞 39
4.5 沖擊地壓黑箱的演化過程 40
4.6 相關(guān)術(shù)語(yǔ)重新界定 42
第三篇 沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)理論 44
第5章 沖擊啟動(dòng)的材料—結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)機(jī)理 44
5.1 工程結(jié)構(gòu)體沖擊啟動(dòng)區(qū) 44
5.2 一維承載煤樣材料失穩(wěn)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn) 60
5.3 考慮動(dòng)載荷的一維承載煤樣材料失穩(wěn)過程特性 65
5.4 工程結(jié)構(gòu)體的變載荷類建筑結(jié)構(gòu)模型 72
5.5 類建筑結(jié)構(gòu)主承載體極限平衡方程 75
5.6 類建筑結(jié)構(gòu)主承載體地基極限平衡方程 80
5.7 彈脆性材料失穩(wěn)催生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)誘發(fā)沖擊啟動(dòng)機(jī)理 82
第6章 沖擊啟動(dòng)的類型與載荷判據(jù) 85
6.1 沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)類型 85
6.2 兩類沖擊啟動(dòng)力學(xué)模型及判據(jù) 86
6.3 兩類沖擊地壓?jiǎn)?dòng)工程案例揭示 89
6.4 防止巷道沖擊啟動(dòng)的模型與原理 95
6.5 沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)理論提出 104
第四篇 沖擊地壓的沖擊危險(xiǎn)性預(yù)評(píng)價(jià)技術(shù) 107
第7章 沖擊危險(xiǎn)性的宏觀評(píng)判 107
7.1 經(jīng)驗(yàn)類比法 107
7.2 綜合指數(shù)法 107
7.3 動(dòng)態(tài)權(quán)重法 111
第8章 沖擊危險(xiǎn)區(qū)域與危險(xiǎn)時(shí)段計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真 121
8.1 沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)評(píng)價(jià) 122
8.2 沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)段預(yù)評(píng)價(jià) 123
第9章 基于集中靜載荷探測(cè)的地震CT原位評(píng)價(jià)技術(shù) 126
9.1 地震初至波走時(shí)CT獲取圍巖波速結(jié)構(gòu) 126
9.2 受載煤樣縱波波速與應(yīng)力關(guān)系的試驗(yàn)研究 145
9.3 圍巖波速結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)沖擊危險(xiǎn)性方法 149
9.4 應(yīng)用案例 153
第五篇 沖擊啟動(dòng)載荷源分源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù) 157
第10章 監(jiān)測(cè)預(yù)警沖擊地壓的理論基礎(chǔ) 157
10.1 沖擊危險(xiǎn)源層次化辨識(shí)方法 157
10.2 誘發(fā)沖擊啟動(dòng)載荷源分源監(jiān)測(cè)預(yù)警基本原理 159
第11章 大范圍集中動(dòng)載荷微震監(jiān)測(cè)技術(shù) 160
11.1 ARAMIS M/E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與布置 160
11.2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置方案優(yōu)化 169
11.3 開采活動(dòng)與微震事件 180
11.4 微震評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定 189
11.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算 190
第12章 局部區(qū)域集中動(dòng)載荷地音監(jiān)測(cè)技術(shù) 201
12.1 地音、微震、沖擊地壓三者的關(guān)系 201
12.2 地音評(píng)價(jià)沖擊危險(xiǎn)性的理論基礎(chǔ) 201
12.3 ARES-5/E地音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及布置 203
12.4 沖擊地壓前兆地音信息識(shí)別 207
12.5 地音評(píng)價(jià)方法和指標(biāo) 210
第13章 集中靜載荷在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 215
13.1 煤巖體集中靜載荷監(jiān)測(cè)方法 215
13.2 煤巖體應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法 215
13.3 KJ21沖擊地壓應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 218
13.4 應(yīng)用案例 221
第14章 沖擊地壓分源權(quán)重綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 227
14.1 沖擊地壓分源綜合預(yù)警指標(biāo)體系及分級(jí) 227
14.2 沖擊地壓分源權(quán)重綜合預(yù)警模型 229
14.3 沖擊地壓危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)預(yù)警系統(tǒng) 234
14.4 煤礦沖擊地壓危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)及預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用 239
第六篇 誘發(fā)沖擊啟動(dòng)載荷源綜合治理技術(shù) 241
第15章 區(qū)域防范沖擊地壓的理論與技術(shù) 241
15.1 區(qū)域大范圍防范沖擊地壓的理論基礎(chǔ) 241
15.2 集中靜載荷（高集中應(yīng)力）可干擾性及影響規(guī)律 243
15.3 基于集中靜載荷疏導(dǎo)的沖擊地壓區(qū)域防范技術(shù)體系 248
第16章 局部防治的采動(dòng)圍巖近場(chǎng)集中靜載荷卸壓 250
16.1 煤層爆破疏壓技術(shù) 250
16.2 煤層大直徑鉆孔卸壓技術(shù) 259
16.3 煤層注水疏壓技術(shù) 265
第17章 局部防治的采動(dòng)圍巖遠(yuǎn)場(chǎng)集中動(dòng)載荷源消源 274
17.1 煤層頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù) 274
17.2 煤層致密頂板水力定向壓裂技術(shù) 278
第18章 局部防治的采掘空間強(qiáng)力支護(hù)防沖降災(zāi)方法 285
18.1 沖擊地壓巷道圍巖錨桿支護(hù) 285
18.2 防沖吸能巷道液壓支架支護(hù) 286
第七篇 基于沖擊啟動(dòng)理論的沖擊地壓防治實(shí)踐 288
第19章 局部防治沖擊地壓的理論與技術(shù)體系 288
第20章 集中靜載荷型沖擊地壓防治實(shí)踐 290
20.1 工程背景 290
20.2 巖漿巖下伏短壁綜放面沖擊啟動(dòng)原理 291
20.3 沖擊載荷源分源監(jiān)測(cè)與防治 294
20.4 沖擊地壓防治應(yīng)用效果分析 299
第21章 集中動(dòng)載荷型沖擊地壓防治實(shí)踐 301
21.1 工程背景 301
21.2 沖擊地壓的沖擊啟動(dòng)原理 302
21.3 沖擊啟動(dòng)載荷源分源監(jiān)測(cè) 307
21.4 基于沖擊啟動(dòng)載荷源分源防治 312
21.5 基于沖擊啟動(dòng)載荷源分源防治效果 317
第八篇 沖擊地壓防治理論與成套技術(shù)體系建立 319
第22章 沖擊地壓科學(xué)防治理論與技術(shù)體系 319
22.1 科學(xué)防沖理念 319
22.2 科學(xué)防沖的理論與成套技術(shù)體系 320
第23章 沖擊地壓研究展望 323
參考文獻(xiàn) 325