Page 37 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 单仁亮，等： 深部岩体结构面动力特性与致灾效应研究进展 第 6 期

(1) 高地应力环境：深部岩体处于高地应力状态，随着地下开挖工程的进行，原始应力状态被破坏，
形成应力集中区。当局部应力达到或超过岩体的承载极限时，岩体会突然失稳，引发冲击地压。
(2) 岩体的脆性特征：深部岩体的脆性特征使其在高应力环境下，容易积累能量并突然释放。特别
是坚硬且完整的岩体，具备较高的储能能力，当开挖扰动引发应力释放时，岩体会瞬间发生脆性破坏，导
致剧烈的动力变形。
(3) 结构面效应：岩体中的结构面，如断层、节理等，影响岩体的整体力学性能。结构面的存在会诱
发局部应力集中，结构面滑移或错动可能触发冲击地压。此外，结构面可能成为应力传导的通道，进一
步加剧围岩的破坏。
潘一山等 [77] 通过实验研究了断层滑移型冲击地压的发生机理，发现煤层开采后，当正应力较小时，
剪切位移较稳定；正应力较大时，即深部岩体受高应力作用时，会引发突然的剪切滑移，导致冲击地压的
发生。冲击地压爆发性强，破坏范围广，支护对策尤为重要。目前支护手段可以分为以下 3 种。
(1) 液压吸能支架支护
目前在冲击地压矿井的支护中，采用较多的为液压支架加强支护，但其仅能满足基本的支护要求，
对于冲击地压的防治并不完善。针对冲击地压影响范围巨大的特点，应进行全巷液压吸能支架支护，根
据“一巷一设计”原则，对液压支架的长度和强度进行合理计算选择。
(2) 留设窄煤柱

留 设 窄 煤 柱 能 够 使 高 应 力 区 转 移 至 实 体 140
煤，王国法等 [78] 总结了不同煤柱宽度下的垂直 120 3 m
5 m
应力，如图 18 所示，确定了最优的窄煤柱宽度 8 m
10 m
为 5～8 m。 100 12 m
15 m
(3) 围岩卸压技术 Vertical stress in coal pillar/MPa 80 20 m
25 m
通过在岩体中打设深孔，将高应力区域内 60 30 m
的应力逐步转移至更远处或释放至地表，降低岩 40
体中应力集中带来的潜在风险 [79] 。合理设计深 20
孔的布局和间距，确保能够最大限度释放应力，
同时避免对结构面造成过度扰动。夏永学等 [80] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Pillar width/m
在孟村煤矿进行了长水平孔压裂卸压，并对压裂
前后的微震能量和频次进行监测分析，发现卸压 图 18 不同煤柱宽度下的垂直应力 [78]
可以有效降低应力集中程度和冲击危险。 Fig. 18 Vertical stress under different pillar widths [78]
对于冲击地压矿井理论研究中所缺乏的临界计算公式，潘一山等 [81] 提出了“防冲安全系数 N ”以
s
及“止冲安全系数 N ”，将冲击地压的危险性评价转变为安全性设计，假设巷道承受的地应力为 p，冲击
e
地压发生的临界应力为 p ，冲击地压矿井释放的最大能量为 E max ，支护结构吸收能量为 E ，则“双系
cr
sup
数”定义为：
 p cr
N s =
p

(8)
 E sup
 N e =
E max

5 总结与展望
(1) 结构面的动力特性主要包括在地震、爆破等动力荷载条件下的动剪切和动拉压特性。实验和理
论研究表明，深部岩体的结构面在高应力、强卸荷等复杂环境条件下，动剪切和动拉压特性显著不同于
浅部岩体。结构面的动剪切特性表现出明显的速率效应、非线性和高法向应力敏感性。
(2) 针对动力荷载作用下含结构面岩体的动强度与动变形特性的研究表明，结构面显著降低了岩体

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