工程缺陷體對(duì)沖擊煤巖體的改性機(jī)制研究與實(shí)踐

寇天司，潘立友，陳理強(qiáng)

（山東科技大學(xué)采礦工程研究院，山東 泰安 271000）

隨著淺部煤炭資源的日益枯竭，我國(guó)大部分煤礦已不同程度的進(jìn)入深部開(kāi)采。深部開(kāi)采帶來(lái)諸多災(zāi)害問(wèn)題，其中沖擊地壓災(zāi)害尤為突出，已嚴(yán)重影響到煤礦安全生產(chǎn)。由于深度的不斷增加，沖擊地壓顯現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重，如義馬集團(tuán)千秋煤礦、山能集團(tuán)龍鄆煤礦和龍固煤礦、吉林龍家堡煤礦等發(fā)生的沖擊地壓事故，造成生產(chǎn)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞、幾百米范圍內(nèi)的巷道圍巖變形嚴(yán)重、造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)巨大損失。像這種沖擊能量高（1 次事件能量≥107J）、波及范圍廣（破壞范圍≥200 m）、破壞程度重的沖擊地壓災(zāi)害屬于重大沖擊地壓災(zāi)害[1-2]。重大沖擊地壓災(zāi)害釋放能量大，其發(fā)生機(jī)理和防治方法不同于一般的沖擊地壓，有必要從改變采場(chǎng)煤巖層沖擊傾向性方面入手進(jìn)行深入研究，并結(jié)合采掘工程進(jìn)行人為改變煤巖體沖擊傾向性，從而達(dá)到控制重大沖擊災(zāi)害的目的[3-5]。

我國(guó)專家和學(xué)者對(duì)沖擊地壓防治研究已有了較大進(jìn)展。姜耀東等[6]認(rèn)為防治沖擊地壓的關(guān)鍵是分析沖擊煤體的應(yīng)力集中狀態(tài)和能量分布規(guī)律，具有針對(duì)性的解除應(yīng)力和釋放能量，減弱失穩(wěn)區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)性；潘一山等[7]基于巷道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的互饋?zhàn)饔茫O(shè)計(jì)了快速讓位吸能防沖支護(hù)體系，利用剛性和柔性耦合機(jī)制加大巷道圍巖強(qiáng)度，增強(qiáng)巷道抗沖擊能力，保證巷道的完整性；竇林名等[8]根據(jù)煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，提出了利用強(qiáng)度弱化減沖理論防治沖擊地壓，采用鉆孔和爆破等方法減弱煤體強(qiáng)度和沖擊傾向性，使煤體積聚的能量小于最小沖擊能量；齊慶新等[9]提出了應(yīng)力控制理論，分別研究了原巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)應(yīng)力影響的沖擊誘發(fā)機(jī)制，并從應(yīng)力控制角度對(duì)沖擊地壓防治進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施；姜福興等[10]在總結(jié)了防沖實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)沖擊地壓治理的成套體系進(jìn)行了闡述，并提出了“強(qiáng)卸壓、強(qiáng)監(jiān)測(cè)和強(qiáng)防護(hù)”的防治技術(shù)；潘俊鋒等[11]根據(jù)沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論，通過(guò)合理采掘關(guān)系對(duì)沖擊地壓進(jìn)行大范圍靜載荷“疏導(dǎo)”，能夠降低或消除沖擊危險(xiǎn)。以上研究對(duì)防治沖擊地壓發(fā)揮著重要作用，但對(duì)大面積高應(yīng)力區(qū)、能量級(jí)別大的重大沖擊地壓災(zāi)害防治問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，需要進(jìn)行深入的研究。為此，針對(duì)重大沖擊地壓災(zāi)害的工程顯現(xiàn)特征，提出了工程缺陷體防控重大沖擊地壓的理論基礎(chǔ)；利用人為制造工程缺陷體的方法[12-15]，對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域的沖擊煤巖體的傾向性及力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行人為改變，實(shí)現(xiàn)能量有序釋放，有效控制沖擊危險(xiǎn)程度，該方法在沖擊煤層采場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，效果顯著。

1 工程缺陷體的概念及其分類

1.1 工程缺陷體的概念

通過(guò)有目的人為開(kāi)挖與施工，制造出的不同尺寸的空間稱為工程缺陷，工程缺陷與周圍的破壞裂隙煤巖體稱為工程缺陷體，工程缺陷體含有原始缺陷與工程施工體。巷道掘進(jìn)、硐室開(kāi)挖、工作面推進(jìn)均屬于人為制造工程缺陷體的施工。

利用工程缺陷體改造（改變）煤巖體沖擊屬性與物性，由完整體向裂隙體、碎裂體轉(zhuǎn)變，切斷了煤巖體原有的連續(xù)性，達(dá)到應(yīng)力分布形態(tài)發(fā)生變化、能量演化規(guī)律（路徑）發(fā)生轉(zhuǎn)變與改變，由瞬間釋放彈性能改變?yōu)榫徛纳椥阅?，使沖擊能被缺陷體及其周圍介質(zhì)進(jìn)行耗散和吸收，減弱能量的傳播大小，達(dá)到控制沖擊能量有序釋放的目的，從而實(shí)現(xiàn)沖擊地壓的有效防控。

1.2 工程缺陷體的分類

工程缺陷體是缺陷防控技術(shù)的主要組成部分，根據(jù)其空間形態(tài)和大小可分為立體型工程缺陷體、準(zhǔn)立體型工程缺陷體、平面型工程缺陷體等。

1）立體型工程缺陷體。是指體積較大的立體結(jié)構(gòu)體，可以由保護(hù)層和保護(hù)區(qū)組合而成，也可對(duì)薄煤層和較軟巖層進(jìn)行人為工程后形成；主要利用采場(chǎng)礦壓形成的立體缺陷防控沖擊地壓，在立體缺陷體內(nèi)布置巷道與硐室，能夠?qū)χ卮鬀_擊地壓災(zāi)害起到整體控制作用。

2）準(zhǔn)立體型工程缺陷體。是指局部立體型工程缺陷體，一般布置在采場(chǎng)的近場(chǎng)范圍內(nèi)，如厚煤層的卸壓巷與工藝巷、中厚煤層瓦斯抽放巷等。

3）平面型工程缺陷體。是指在本煤層及直接頂?shù)装鍖?shí)施的工程缺陷體，如煤層大尺度硐室卸壓、斷（挑）頂、斷底等。

2 沖擊煤體的能量演化特征

2.1 沖擊煤體的變形破壞力學(xué)特性

沖擊煤體一般為脆性材料，其力學(xué)特性不同于一般煤體，在變形速度、破壞形態(tài)、能量積聚與釋放等方面有顯著差異。沖擊煤體在一般情況下都具有較高的強(qiáng)度和高均質(zhì)度。不同均質(zhì)度完整沖擊煤體應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1，m 為均質(zhì)度。

圖1 不同均質(zhì)度完整沖擊煤體應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.1 Complete stress-strain curves of coal impacted by different homogeneity

在應(yīng)力應(yīng)變曲線達(dá)到峰值之前，煤體處于彈性變形階段，在此階段能夠積聚大量的彈性能；當(dāng)達(dá)到峰值時(shí)，便會(huì)直接出現(xiàn)“跳躍式”的突變階段，應(yīng)力瞬間下降，之前積聚的彈性能基本全部釋放，釋放能量級(jí)別大，破壞性強(qiáng)[16]。沖擊煤體由彈性變形階段“躍過(guò)”塑性變形階段直接進(jìn)入突變階段，能量沒(méi)有經(jīng)過(guò)塑性階段的緩沖耗散而突然轉(zhuǎn)化為動(dòng)能釋放，完成沖擊破壞過(guò)程。塑性變形階段的缺失是沖擊煤體與一般煤體的本質(zhì)區(qū)別，能量的突然釋放模式是沖擊煤體獨(dú)有的表現(xiàn)形式，在采場(chǎng)周圍以突然的主震方式釋放能量。

2.2 不同力學(xué)性質(zhì)煤體的能量演化規(guī)律

沖擊煤體在變形破壞過(guò)程中，不同結(jié)構(gòu)煤體產(chǎn)生不同的破壞效果。不同結(jié)構(gòu)煤體的能量演化如圖2。不同結(jié)構(gòu)煤體的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3。

圖3 不同煤體的應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of different coal bodies

由圖2 可知，沖擊煤體在外力做功的作用下，將外界機(jī)械能傳入煤體內(nèi)部，轉(zhuǎn)化成為輸入能U。假設(shè)輸入能只表現(xiàn)為提供煤體破壞動(dòng)力的動(dòng)能UV和使煤體塑性變形的耗散能UD，那么可以表達(dá)為：U=UD+UV。輸入能在煤體內(nèi)部進(jìn)行各種耗散和積聚，當(dāng)外力作用達(dá)到煤體變形破壞極限時(shí)，便會(huì)以動(dòng)能的形式釋放積聚的彈性能。

圖2 不同煤巖結(jié)構(gòu)的能量演化Fig.2 Energy evolution of different coal rock structures

從圖3 完整體、裂隙體和工程缺陷體3 種煤體的應(yīng)力應(yīng)變曲線可對(duì)比其能量演化規(guī)律：

1）當(dāng)沖擊煤體為完整體時(shí)（圖3 中曲線1），煤體內(nèi)部基本沒(méi)有節(jié)理、裂隙等缺陷，使得絕大部分輸入能以彈性應(yīng)變能的形式積聚并儲(chǔ)存在沖擊煤體中，達(dá)到破壞峰值后彈性能急劇釋放，基本上全部以動(dòng)能UV1的形式釋放出來(lái)，只有極少的輸入能經(jīng)裂隙轉(zhuǎn)化為耗散能UD1，并以內(nèi)能、表面能和塑性能的形式緩慢耗散。完整煤體的可釋放彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的占比極大，耗散能占比則很少，可表示為：UD1＜＜UV1。

2）煤體為裂隙體時(shí)（圖3 中曲線2），煤體內(nèi)部存在較多的裂隙、孔洞，使得煤體的強(qiáng)度降低，外力做功后輸入能的大部分繼續(xù)轉(zhuǎn)化為彈性能儲(chǔ)存在煤體中，而另一部分輸入能則用于裂隙、孔洞的張裂、閉合和破壞，并以各種形式形成耗散能UD2。積聚的彈性能超過(guò)峰值后依然以動(dòng)能的形式釋放，但動(dòng)能UV2遠(yuǎn)小于完整體的破壞動(dòng)能UV1，并與耗散能UD2的占比相差不大，可表示為：UD2≤UV2。

3）對(duì)沖擊煤體進(jìn)行人工制造缺陷體（圖3 中曲線3），形成工程缺陷體結(jié)構(gòu)，工程缺陷體切斷了煤體的連續(xù)性，阻止了應(yīng)力和能量的傳遞。此時(shí)外力做功，輸入能轉(zhuǎn)化為彈性能的占比則會(huì)變小，大部分將轉(zhuǎn)化為耗散能作用在工程缺陷體上，工程缺陷體會(huì)分散和吸收大量的輸入能并形成以塑性變形能為主的耗散能UD3，而積聚的彈性能會(huì)因達(dá)不到或接近破壞極限而釋放少量動(dòng)能UV3，出現(xiàn)動(dòng)能“缺失”現(xiàn)象，可以表示為：UD3＞＞UV3。在有工程缺陷體的煤體中，能量大部分轉(zhuǎn)化為耗散能。

3 工程缺陷體改變煤體沖擊傾向性的力學(xué)機(jī)制

由沖擊煤體的全應(yīng)力應(yīng)變曲線[17-19]可知，沖擊煤體在達(dá)到峰值后瞬間破壞，由彈性階段直接進(jìn)入突變階段，應(yīng)力突然下降，釋放大量能量。若在煤體中制造缺陷體，能夠延長(zhǎng)煤體的塑性變形階段，加大峰前能量的釋放程度，減弱煤體破壞時(shí)能量釋放的大小。由此利用煤體的彈性能指數(shù)和沖擊能指數(shù)2個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)工程缺陷體降低沖擊傾向性進(jìn)行分析。

3.1 工程缺陷體對(duì)彈性能指數(shù)的控制

彈性能指數(shù)是指對(duì)煤體進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓力到達(dá)80%～90%時(shí)再卸壓，彈性能ΦSP與耗散能ΦST的比值WET，可以表示為：WET=ΦSP/ΦST。由表達(dá)式可知，比值越大，說(shuō)明煤體積聚的彈性能越大或損失的耗散能越小，那么彈性能指數(shù)越大，導(dǎo)致煤體沖擊傾向性增加。

根據(jù)工程缺陷體對(duì)能量的耗散作用，得出的有無(wú)缺陷體的彈性能指數(shù)示意圖如圖4。

圖4 有無(wú)缺陷體的彈性能指數(shù)示意圖Fig.4 Elastic energy index diagram with or without defects

曲線Ⅰ是基本無(wú)缺陷煤體的應(yīng)力應(yīng)變曲線，曲線Ⅱ是制造缺陷煤體的應(yīng)力應(yīng)變曲線。由圖4 可知，S（ABC）表征完整煤體的彈性能，S（OAC）為完整煤體的耗散能；S（A′B′C′）為缺陷煤體的彈性能，S（ODA′C′）為缺陷煤體的耗散能，則：

式中：△V 為工程缺陷體積，m3；RC為單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；dl為工程缺陷形成的裂隙密度，kg/m3；ρq為工程缺陷體空間密度，kg/m3。

由于△V 為工程缺陷體體積，空間較大，必然造成塑性變形顯著增大，導(dǎo)致S（ODA′C′）大幅度增加，即WET2＜＜WET1。完整煤體因強(qiáng)度大，積聚的彈性能較多，損失的耗散能很小，導(dǎo)致完整煤體的彈性能指數(shù)增加，具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。在煤體中工程制造缺陷體后，工程缺陷體阻止了應(yīng)力和能量的傳遞，延長(zhǎng)了煤體的塑性變形（圖4 中DA′），使得耗散能比重增大，降低了彈性能的儲(chǔ)能比重，減小了彈性能指數(shù)，沖擊傾向性大幅度減弱。

3.2 工程缺陷體對(duì)沖擊能指數(shù)的控制

沖擊能指數(shù)是指在沖擊煤體的全應(yīng)力應(yīng)變曲線中，峰值前面積FS與峰值后面積FX的比值KE，可以表示為：KE=FS/FX。根據(jù)公式可得出：峰值前面積越大或峰值后面積越小，會(huì)導(dǎo)致沖擊能指數(shù)的增加，若要降低沖擊危險(xiǎn)性，必須減小峰值前面積或增加峰值后面積。

工程缺陷體不僅可以對(duì)增加煤體破壞前塑性變形階段，而且可以減弱破壞后能量的釋放速度，加大破壞后煤體的變形量。有無(wú)缺陷體的沖擊能指數(shù)示意圖如圖5。

圖5 有無(wú)缺陷體的沖擊能指數(shù)示意圖Fig.5 Chart of impact energy index with or without defects

曲線Ⅲ、Ⅳ分別為完整煤體和缺陷煤體的全應(yīng)力應(yīng)變曲線。根據(jù)沖擊能指數(shù)的定義，可知S（OAFB）為完整煤體的峰前面積，S（FDEB）為完整煤體的峰后面積；S（OA′F′B′）為缺陷煤體的峰前面積，S（F′D′E′B′）為缺陷煤體的峰后面積，則：

顯然KE2＜＜KE1，完整煤體由于塑性階段的“缺失”，由彈性階段直接進(jìn)入突變階段，煤體瞬間破壞，峰后應(yīng)力急速下降，能量一次性釋放，沖擊危險(xiǎn)性大。對(duì)沖擊煤體制造缺陷后，工程缺陷體可以減緩煤體破壞后的能量釋放速度和程度，延長(zhǎng)峰后破壞時(shí)間，增大煤體破壞后的塑性變形，加大了峰后面積的占比，從整體上降低沖擊能指數(shù)的大小，從而減少?zèng)_擊危險(xiǎn)。

4 工程缺陷體防控重大沖擊地壓機(jī)理

工程缺陷體防控沖擊地壓的原理是利用工程缺陷體自身的耗能性質(zhì)[20]，切斷煤巖體的連續(xù)性，利用裂隙與碎裂介質(zhì)可產(chǎn)生緩慢塑性大變形特性，實(shí)現(xiàn)沖擊能量有序緩慢耗散釋放。通過(guò)人為缺陷的施工可改變煤體應(yīng)力分布形態(tài)、沖擊能量積聚和釋放模式，將較大能量分割成中、小能量，并使其在有效的時(shí)空內(nèi)得以連續(xù)、均衡、緩慢地釋放，防止重大沖擊地壓的發(fā)生[21]。煤層準(zhǔn)立體工程缺陷體模擬結(jié)果如圖6。巖層準(zhǔn)立體工程缺陷體模擬結(jié)果如圖7。

圖6 煤層準(zhǔn)立體工程缺陷體模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results of quasi three-dimensional engineering defect body in coal seam

圖7 巖層準(zhǔn)立體工程缺陷體模擬結(jié)果Fig.7 Simulation results of quasi three-dimensional engineering defect body in rock stratum

從圖6 可以看出，工程缺陷體在力源的作用下變形嚴(yán)重，能量在工程缺陷體周圍大幅度釋放，工程缺陷體及其周圍卸壓區(qū)耗散能量，下部巷道沒(méi)有應(yīng)力集中和能量積聚現(xiàn)象，巷道也沒(méi)有出現(xiàn)大的變形和破壞，證明巷道得到了很好的保護(hù)。

由圖7 可以看出，工程缺陷體在上部巖層作用下變形嚴(yán)重，能量在工程缺陷體周圍（特別是煤層內(nèi)）大幅度釋放，工程缺陷體及其周圍卸壓區(qū)耗散能量，下部巷道沒(méi)有應(yīng)力集中和能量積聚現(xiàn)象，巷道也沒(méi)有出現(xiàn)大的變形和破壞，證明巷道得到了很好的保護(hù)。

平面工程缺陷體布置示意圖如圖8。

圖8 平面工程缺陷體布置示意圖Fig.8 Plane engineering defect body layout diagram

為了減弱沖擊能量強(qiáng)度，控制沖擊能量釋放速度，在巷道兩幫根據(jù)不同開(kāi)采環(huán)境制造相應(yīng)工程缺陷體，工程缺陷體切斷煤體的連續(xù)性，將整體危險(xiǎn)區(qū)域分割為若干個(gè)次級(jí)能量區(qū)域，將積聚在巷道周圍的能量轉(zhuǎn)移到工程缺陷體內(nèi)進(jìn)行釋放，假設(shè)沖擊煤巖體內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量大小為U，具有高能級(jí)的沖擊能量，能夠發(fā)生較大級(jí)別的沖擊災(zāi)害。根據(jù)分割原理在沖擊危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置n 個(gè)工程缺陷體，相當(dāng)于對(duì)沖擊能量U 進(jìn)行n 次分割。

那么在n 個(gè)工程缺陷體共同作用下，經(jīng)工程缺陷體分割后的能量減弱為：

式中：kc為能量傳遞系數(shù)；E 為彈性模量，kPa；μ為泊松比；ρ 為煤巖體密度，t/m3；H 為埋深，m；β1為煤層能量衰減系數(shù)；β2為工程缺陷體能量衰減系數(shù)；lv為能量源距離工程缺陷體距離，m；lw為工程缺陷體平均長(zhǎng)度，m。

由式（5）、式（6）可以看出，通過(guò)增加n、提高β2使得含工程缺陷體的巷道圍巖能量小于沖擊地壓的臨界能量U0，巷道便處于安全狀態(tài)。

5 工程實(shí)踐

5.1 工作面概況

3137 工作面屬于趙各莊礦十三水平12 煤層西翼采區(qū)。工作面標(biāo)高為-994.7～-1 097.0 m，地面標(biāo)高為+40 m，最大垂深1 137.0 m；工作面走向長(zhǎng)246.0 m，傾斜長(zhǎng)75.0 m。煤層傾角9°～32°，平均傾角20°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層厚度在8.5～11.2 m 之間，平均9.7 m，硬度系數(shù)為1.54。煤層頂板依次為6.32 m 厚的泥質(zhì)黏土巖、2.38 m 厚的粉砂巖、6.94 m厚的細(xì)砂巖及11.79 m 厚的中砂巖，底板為粉砂巖。上至12 水平，12 水平以上工作面回采完畢，下至13水平，13 水平以下尚無(wú)采掘工程；西至13 西1 石門(mén)上山，上山以西為3137 西面回采完畢，東至東Ⅲ斷層煤柱線。3137 工作面位于寬緩向斜核部，受向斜構(gòu)造影響，構(gòu)造應(yīng)力集中，加上臨近采空區(qū)，使得3137 工作面積聚的彈性能足以達(dá)到發(fā)生嚴(yán)重破壞的程度，需要從整體上進(jìn)行沖擊地壓的防控。

工作面推進(jìn)自東向西推進(jìn)，停采線位于向斜軸部區(qū)域，開(kāi)采末期沖擊危險(xiǎn)性極高，3137 工作面危險(xiǎn)區(qū)域示意圖如圖9。

圖9 3137 工作面危險(xiǎn)區(qū)域示意圖Fig.9 Schematic diagram of dangerous area of3137 working face

該區(qū)域掘進(jìn)煤層巷道期間伴隨大的沖擊顯現(xiàn)，由于工作面逐步推向軸部，造成開(kāi)采應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力的疊加，容易發(fā)生復(fù)合型沖擊地壓。

5.2 工程缺陷體布置

3137 工作面工程缺陷體布置示意圖如圖10，3137 工作面工程缺陷體剖面示意圖如圖11。

圖10 3137 工作面工程缺陷體布置示意圖Fig.10 Engineering defect body layout diagram of 3137 working face

圖11 3137 工作面工程缺陷體剖面示意圖Fig.11 Schematic diagram of engineering defect body section of 3137 working face

沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)樯仙郊耙詵|區(qū)域，強(qiáng)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)楣ぷ髅嫦锏澜K采線至上山區(qū)域（圖9 斜線區(qū)）。根據(jù)3137 工作面地質(zhì)開(kāi)采條件、開(kāi)采順序，分別對(duì)3 個(gè)工作面設(shè)計(jì)了準(zhǔn)立體工程缺陷體布置方式。東一面在運(yùn)輸巷道斜上部煤層中設(shè)計(jì)了準(zhǔn)立體工程缺陷體，開(kāi)掘了1 條長(zhǎng)80 m 的卸壓巷，并對(duì)卸壓巷底煤進(jìn)行爆破處理，卸壓巷與運(yùn)輸巷道之間煤柱寬7 m；在東二面、東三面運(yùn)輸巷道采用東一面同樣的工程缺陷體，3137 東一面開(kāi)采后，進(jìn)行東二面巷道掘進(jìn)和工作面回采時(shí)，由于時(shí)間間隔短，東一面采空區(qū)巖層還在運(yùn)動(dòng)，所以要考慮東一面采空區(qū)對(duì)東二面的影響，對(duì)于東三面，同樣考慮東二面的影響，因此在東二、東三面軌道巷道的頂板設(shè)計(jì)了工程缺陷體，在直接頂內(nèi)掘進(jìn)巷道，并對(duì)巷道底煤進(jìn)行爆破。

5.3 工程缺陷體防控效果

3 個(gè)工作面回采前，在副上山與運(yùn)輸巷道布置孔應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化情況。以東一面為例進(jìn)行分析，應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器布置示意圖如圖12。應(yīng)力計(jì)變化曲線如圖13。

圖12 應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器布置示意圖Fig.12 Schematic layout of stress monitoring instruments

圖13 應(yīng)力計(jì)變化曲線Fig.13 Variation curves of stress gauge

A、B、C 分別代表鉆孔與工作面佟采線位置區(qū)域的鉆孔實(shí)測(cè)曲線，A、B 區(qū)域鉆孔應(yīng)力數(shù)值基本符合超前支承壓力分布曲線，數(shù)值均低于預(yù)警值；C 區(qū)域鉆孔應(yīng)力傳感器數(shù)值整體較小，且波動(dòng)變化不大，未出現(xiàn)突變。由圖13 可知，通過(guò)實(shí)施大尺度工程缺陷體，工作面運(yùn)輸巷道未出現(xiàn)應(yīng)力異?，F(xiàn)象，沖擊地壓顯現(xiàn)不明顯。

6 結(jié) 語(yǔ)

1）工程缺陷體延長(zhǎng)了沖擊煤體的塑性變形階段，加大了破壞峰值前能量釋放程度，減弱了峰值后能量釋放速度，具有轉(zhuǎn)移應(yīng)力和耗散能量等作用，能切斷應(yīng)力傳遞和耗散能量。

2）工程缺陷體可以改變煤巖結(jié)構(gòu)的能量演化規(guī)律，將沖擊能量轉(zhuǎn)化為耗散能，減小彈性能的占比，降低沖擊地壓發(fā)生時(shí)動(dòng)能的能級(jí)，將較大沖擊能量分割成低能量，能夠控制沖擊能量的有序緩慢釋放。

3）揭示了工程缺陷體防控重大沖擊地壓機(jī)理，并在具體工作面進(jìn)行了實(shí)踐，經(jīng)過(guò)效果檢驗(yàn)，驗(yàn)證了工程缺陷體對(duì)重大沖擊地壓的防控效果。