0 引 言

近年来，冲击地压灾害在我国呈爆发式增长态势，目前已超过170 余处矿井有发生冲击地压，巷道破坏累计30 多千米，造成大量人员伤亡与财产损失，冲击地压灾害已经逐步演化为矿区社会公共安全问题[1]。研究表明，冲击地压与覆岩运动造成的煤岩应力扰动有直接关系[2-4]。综放工作面煤层厚度大，覆岩运动范围广，对煤体扰动剧烈，更易发生失稳型冲击地压。因此，有必要对覆岩结构演化与冲击地压的关系进行深入研究，以便更好的指导矿井的安全生产。

近年来，一些学者对覆岩结构及其机理进行了大量研究。姜福兴[5]指出了采场覆岩空间结构按照工作面采动边界条件，可以分为“θ”型、“O”型、“S”型和“C”型4类。窦林名等[6]提出煤矿覆岩的整体空间结构形态，将覆岩空间结构分为“O-X”型、“F”型与“T”型三种基本类型，讨论覆岩空间结构演化诱冲的机制。王存文等[7]研究了“S”型覆岩空间结构的岩层组成、运动规律、应力分布特征，探索了基于覆岩空间结构理论的冲击地压预测方法。何江等[8]基于砌体梁理论提出了覆岩运动双向发展模式，对覆岩运动和矿震诱发冲击的机制进行了研究。牟宗龙等[9]建立了长壁“F”覆岩结构和断臂“F”覆岩结构模型，分析了工作面一侧采空覆岩失稳发生冲击地压的力学机制。

综上所述，国内外学者对工作面覆岩结构进行了一定的研究，但对于综放工作面大尺度覆岩结构失稳诱发的冲击地压规律缺乏研究。笔者基于关键层相关理论提出了覆岩大结构模型，采用理论分析、微震监测和煤体应力监测多种手段，对覆岩大结构失稳诱发冲击的机制进行了研究，为综放工作面冲击地压防治提供理论依据。

1 “板-壳”覆岩大结构模型提出

对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。一般情况下，主关键层为厚度大、强度较高的岩层。随着工作面的开采顶板岩层随采随垮，覆岩垮落至关键层下部，形成了由关键层控制的覆岩空间结构。从采场三维空间来看，覆岩形成了关键层岩板结构和壳形覆岩空间组成的“板-壳”结构。“板-壳”大结构前部边界为工作面前方煤壁，后部边界为工作面采空区边界，倾向下部边界和上部边界为工作面的两巷，如图1所示。

  

图1 “板-壳”大结构模型Fig.1 “Plate - shell”overburden large structure model

随着工作面的回采，“板-壳” 大结构是动态演化的。当工作面初次来压时，基本顶初次发生破坏，基本顶与亚关键层之间的岩层随之垮落，形成了亚关键层控制“板-壳”结构。随着工作面推进，当工作面开采面积超过亚关键层起作用的临界值，覆岩“板-壳”结构失稳，向上一关键层发展，形成更大尺度的“板-壳”结构。依次类推，直至“板-壳”结构演化至主关键层，如图2所示。

  

图2 综放工作面覆岩大结构演化过程Fig.2 Overburden structure evolution characteristics offull-mechanized caving mining face

2 覆岩大结构的诱冲机制

2.1 应力分析

采场围岩支承压力主要源自覆岩大空间结构传递下来的上覆岩层压力，其大小受到采动覆岩空间结构演化运动的控制。随着工作面的回采，“板-壳”大结构逐步扩大，工作面前方支承压力峰值逐渐增加,峰值位置逐渐前移；当大结构满足结构失稳破坏条件时，覆岩拱壳结构发生失稳，围岩应力降低。随着“板-壳”大结构周期形成和失稳，工作面前方煤体中的支承压力呈周期性地升降。

三是大力发展民生水利，着力提高水利公共服务能力。完成17处大型灌区和9处中型灌区年度节水改造任务，实施好6个规模化节水灌溉增效示范项目建设，建设节水灌溉面积510万亩（34万hm2）、“旱能浇、涝能排”高标准农田385万亩（25.67万hm2）。解决360万人饮水安全问题，推进沿黄地区饮水安全平原水库建设，建立县级水质检测中心和供水服务“116”热线。

同时，大结构失稳产生的动载荷，以应力波的形式向工作面传递，当动载σd、静载σs之和达到冲击地压的临界应力σmin时，诱发冲击地压[10]。即冲击地压的发生需要满足如下应力条件：

σs+σd≥σmin

(1)

2.2 能量分析

随着工作面推进，离层裂隙发育到关键层后，关键层悬露面积逐渐增大，积聚的弹性能不断增多。当关键层弯曲拉应力达到抗拉强度时便发生破断，破断失稳释放的重力势能和弹性能转化为冲击动能，以冲击震动波的形式在岩层中传播，引起煤岩体的扰动进而诱发冲击地压[11]。

1)“板-壳” 大结构失稳能量计算。覆岩“板-壳”大结构的由关键层控制，坚硬岩层的破断将引起覆岩结构失稳。将关键层初次垮落前的悬顶简化为四边固支的矩形薄板，设定满足边界条件的薄板面受垂直均布载荷q 作用下的挠度函数ω为

 

(2)

式中：a、b分别为关键层薄板的长度和宽度；C为待定系数。

万姐的家，比我想象的还要简陋，土坯的房子，坍塌了一半。我见到了她的女儿小洁，自从万姐去世后，她就一个人固执地生活在这幢破败的房子里。

由图3(b)可知:在同一地震烈度下,从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地输电塔内最大应力依次增大;在同一场地条件下,从6度到9度地震烈度输电塔内最大应力依次增大.在不同地震烈度下,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ类场地输电塔内应力最大的单元为塔头处斜材单元,Ⅳ类场地输电塔内应力最大的单元为中横担上第2节间主材单元.由此可以看出,中横担以上的部位是钢管塔地震响应的危险部位.

2ω)2dxdy

(3)

医疗行业是一个知识密集型、技术密集型的行业，医院为发展其自身的核心竞争力，必须不断开展医疗活动相关的各类科研创新活动。科研活动属于知识密集型的创新活动，相互间差异性较大，存在着很大的不确定性，管理上有一定难度。随着科研项目数量与金额的快速增长，对医院科研项目经费管理提出了更高的要求。且由于科研经费来源不一，相关的管理制度不同，更增强了科研经费管理的复杂性；因此，若科研经费管理不当，会引起使用浪费和资产流失，严重的会影响医院目标的实现和顺利的发展。故科研经费的支出是需要医院实施内部控制的一个重要对象。

 

(4)

煤岩体在静载荷作用下的弹性应变能由煤岩体所处的应力状态决定，单位体积内弹性应变能为

 

(5)

根据最小总势能原理，使总势能最小的必要条件就是总势能的一阶变分为0，即：

（3）交流焊接电源 交流弧焊接时，焊接偏吹现象较小，熔池形态较清晰，焊条端部药皮脱落不明显，电弧稳定性适中，背面穿透能力较好，焊条热损量相对较小。6点位置采用连弧焊背面成形和操作性较好，其余位置为了减小热输入采用断弧焊方法。虽然正面也出现两侧夹沟现象，不过相较直流电源时清理力度减小。这种方法能够较好的满足焊条电弧焊打底的施焊工艺（见图3）。

=0

(6)

由式(2)—(6)联立得到，关键层薄板结构的弯曲应变能为

 

(7)

垮落岩层将重力势能和弯曲变形能转化为冲击动能。根据能量守恒定律，关键层破断过程转化的能量为

 

(8)

扩大增值税增收范围改革符合经济发展规律，对于我国经济发展具有重要的意义，但是在进行改革的过程中仍然有些问题有待解决。

式中：ρi为第i层岩层密度；g为重力加速度；Si为第i层岩层垮落面积；hi为岩层厚度；Hi为岩层垂直位移。

工作面推进220 m时，在回采巷道超前范围发生了冲击地压。对该阶段的矿震的分布情况进行监测，工作面推进200～220 m过程中矿震走向分布如图4所示，矿震分布在高度范围达到了主关键层，剖面形成了梯形拢廓，验证了覆岩“板-壳”大结构的存在。由此可知，综放工作面冲击地压主要是覆岩大结构失稳引起的。

Ud=ηUl-λ

(9)

式中：η为震动能量占总能量的比率；l为震源至工作面距离；λ为能量衰减系数。

根据Rayleigh-Ritz法，在没有外力作用的条件下，薄板的小挠度弯曲的总势能I为

σ2σ3+σ1σ3)]

(10)

式中：σ1、σ2、σ3分别为X、Y、Z方向的应力；μ为煤岩体的泊松比；E为煤岩体的弹性模量。

煤体中聚集的总能量为

Uz=Ud+Uj

当煤体在高应力下诱发冲击破坏时，聚集在煤体及围岩中的总能量，一部分由煤体破裂耗散Up[13]，剩余能量将使破坏的煤体获得动能Uv而形成冲击。通常破碎煤岩体向自由空间抛出的平均初速度v0 ≥10 m/s时，则冲击地压发生具有较高的可能性[14]。因此，煤体发生冲击地压的临界能量为

综上所述，软交换与IMS技术之间存在一定的联系，加强对软交换和IMS技术研究和应用能够为下一代交换组网建设提供相应的支持。因此电信运营工作中要加强对软交换和IMS技术的重视，并进行系统的探究，争取逐步形成全新的认识，有效促进下一代交换组网的建设和发展。

 

(11)

式中：σc煤体的单轴抗压强度。

综上所述，覆岩“板-壳”大结构失稳能否诱发冲击地压,主要与关键层岩板结构的面积、关键层的厚度和弹性模量、震源与工作面之间的距离、煤岩性质等因素有关。

3 覆岩大结构致灾机理实例验证

3.1 工作面概况

某煤矿8101首采综放工作面，煤层厚度15 m，工作面长度200 m，埋深450 m，顶板共赋存3层坚硬顶板，分别为基本顶、煤层顶板52 m处的15 m厚的亚关键层和煤层顶板154 m处的25 m主关键层。工作面推进至220 m时，在工作面巷道超前范围伴随有煤炮、支架倾倒等冲击地压显现。同时，工作面回采过程中在工作面超前范围回采巷道矿压显现明显，出现了底鼓、顶板下沉和锚杆(索)断裂等现象，严重影响了工作面安全生产。

3.2 矿震活动揭示的覆岩结构致灾机理

微震监测技术具有区域大范围实时动态监测等特点，可给出矿震发生的空间位置、时间和能量大小[15]。通过分析矿震的空间分布和能量变化规律，可得到覆岩结构演化与冲击地压的关系。

TAE组：于肿瘤供血动脉内将5F-RH导管置入，进行超选择，碘化油为栓塞剂，视患者肝功能以及肿瘤供血情况，经透视监视下，进行肿瘤供血动脉栓塞术，随后用明胶海绵碎末对栓塞效果进行加强。TACE组：依据患者肾功能情况对治疗药物进行选择：亚叶酸钙+铂类+5-氟尿嘧啶+阿霉素（或丝裂霉素、羟喜树碱），随后进行肝固有动脉或肝右动脉、左动脉栓塞术，将化疗药物与碘化油混合制成乳剂进行栓塞，并用明胶海绵碎末加强栓塞效果。

利用SOS微震监测系统实时监测工作面微震信号，统计得到工作面推进250 m过程中的工作面日矿震总能量、平均高度与推进距离的关系(图3)。随着开采范围的继续增大，覆岩“板-壳”大结构向上位岩层发展，“板-壳”大结构依次发生失稳破坏并释放弹性能量，每次失稳均伴随着震动能量的依次升高，震动高度也随之上升，矿震总能量和平均高度具有一定的正相关性。

  

图3 工作面推进过程中矿震总能量和震动平均高度分布Fig.3 Total energy and shock average height distributionduring the process of mining

工作面开采初期，矿震总能量较小，为1×106～3×106 J；当工作面推进70 m时，矿震总能量和高度急剧升高，说明基本顶初次破断，此后能量处于较高水平；当工作面推进至145 m时，矿震总能量急剧升至1.3×107 J，震动高度由之前的40 m升高至90 m，说明亚关键层形成的板-壳结构发生失稳；当工作面推进至220 m时，矿震总能量急剧升至1.6×107 J，震动高度由之前的80～90 m升高至150 m，说明主关键层形成的“板-壳”结构发生失稳，在回采巷道超前区域伴随冲击地压的发生。基本顶、亚关键层和主关键层组成的覆岩“板-壳”结构逐步演化，结构掩护下的矿震总能量依次程阶梯式上升，结构失稳震动的总能量跳跃式增加。

2)冲击地压发生的能量计算。覆岩坚硬岩层破断后，以震动波的形式释放的能量占总能量的1%～10%[12]。同时，震动波在传播会产生能量的耗散，传递至工作面的能量为

其中，弯曲刚度D基本顶的厚度h、岩层的弹性模量E、泊松比μ,存在以下关系：

  

图4 工作面推进200～220 m过程中矿震分布走向剖面Fig.4 Mining-induced seismicity spatial distribution in strikeduring the process of mining 200～220 m

3.3 大结构作用下的煤体应力特征

采用钻孔应力计对围岩应力进行监测，对工作面回采过程中大结构作用下围岩应力演化规律进行研究。考虑到监测的连续性，在接续工作面的运输巷内向两工作面之间的煤柱内布置监测探头(图5)。采用150钻机水平钻进，钻孔直径50 mm。钻进至20 m后用水清洗钻孔，将传感器的受力面朝上用推杆将传感器缓慢推入。安装后，采用手持式采集器将钻孔应力计启动。

  

图5 钻孔应力测点布置Fig.5 Drilling stress measuring point

工作面推进300 m过程中围岩应力变化情况如图6所示，图中各来压数据是结合支架工作阻力实测得到的。由6图可知：随着工作面推进，围岩应力呈现上升趋势，在初次来压、第6次周期来压和第10次周期来压钻孔应力下降突变，在第4次周期来压和第8次周期来压钻孔应力上升突变。

矩形薄板的弯曲应变能为

  

图6 工作面推进过程中钻孔应力变化Fig.6 Drilling stress variety during the process of mining

下降突变由于“板-壳”结构失稳，上升突变由于结构下部岩层的周期破断引起的。以第8次周期来压围岩应力上升突变为例，对应力上升突变的原因进行分析(图7)。随着工作面回采，采过图中待采煤体区域，岩层区域1发生了垮落，亚关键层达到极限跨距引起关键块体1破断；岩层区域2随之垮落，形成了更大横向尺度的覆岩大结构2。覆岩大结构2高度不变，水平尺度增大，作用在工作面围岩的应力更高。围岩应力的上升突变和下降突变，进一步验证了覆岩大结构的存在。因此，初次来压、第6次周期来压和第10次周期来压分别对应基本顶、亚关键层和主关键层形成的“板-壳”大结构失稳。

丁珰道：“我见他一会儿全身火烫，一会儿冷得发颤，想起爷爷的神酒兼具阴阳调和之功，才偷来给他喝了些，果然很有些效验。这么一喝再喝，不知不觉间竟让他喝光了。

  

图7 应力上升突变覆岩结构示意Fig.7 Overburden structure schematic of stress rising mutations

3.4 大结构作用下的支架工作阻力特征

工作面选用型号为ZF15000/27.5/42型支撑掩护式低位放顶煤液压支架，对工作面回采过程中支架载荷进行观测，监测结果如图8所示。支架载荷升高位置与微震监测的大结构失稳相对应，当工作面在大结构失稳时，支架载荷接近15 000 kN，正常情况下支架载荷分布在10 000～12 000 kN。

  

图8 工作面推进过程中支架工作阻力变化情况Fig.8 Support load variety during the process of mining

支架监测表明：覆岩大结构失稳引起支架压力显著上升，并伴随有支架安全阀开启、支架压死等现象。支架的力源是覆岩大结构失稳的动压以及顶煤和直接顶产生的静压共同作用的结果。

3.5 冲击地压案例分析

8101工作面从开采至250 m过程中，在回采至145 m和220 m位置发生了两次冲击地压。压力集中在工作面超前10～40 m范围，该区域顶板下沉0.3～0.5 m、底鼓0.5 m，多处单体柱倾倒或被压弯。结合工作面推进过程中微震监测、钻孔应力和工作面支架工作阻力监测相关数据，可知：随着工作面的回采，覆岩大结构的高度不变、横向尺度随之增大，进而采场围岩应力逐渐增大，为冲击地压的发生孕育了能量；当覆岩大结构发生失稳时，微震事件的震动能量和高度急剧增大，在结构失稳产生的动载荷与围岩静载荷共同作用下，达到冲击地压发生的临界能量，进而诱发冲击地压。

4 结 论

1)提出了由关键层控制的 “板-壳”覆岩结构模型，该结构随着关键层的破断是动态演化的；从应力和能量的角度，对“板-壳”覆岩结构演化特征进行分析，得到了覆岩大结构作用下冲击地压发生的临界条件。

2)采用微震监测方法，对工作面推进过程中日矿震总能量、震动平均高度与推进距离的关系进行分析，得到：基本顶、亚关键层和主关键层组成的覆岩板-壳结构逐步演化，结构掩护下的矿震总能量依次程阶梯式上升，结构失稳震动的总能量跳跃式增加。综放工作面主关键层控制的覆岩大结构失稳易引起的冲击地压显现。

3)采用钻孔应力计对对工作面回采过程中大结构作用下围岩应力演化规律进行分析，得到：围岩应力发生呈上升突变和下降突变交替出现，围岩应力下降突变由于“板-壳”结构失稳，上升突变由于结构下部岩层的周期破断引起的。

在小学数学教学中培养学生的自主学习能力，需要加强对数学课程的策略改革，创新教学方式，激发学生的学习兴趣，促使学生积极进行学习活动，鼓励学生进行自主学习，提高学生的自主学习能力，促进学生素质能力的培养。

一个旅游文化圈一旦生成，便会逐步向周边地区持续推进、延伸，形成一个融合周边区域的广泛的旅游文化辐射圈。中俄界江生态旅游辐射圈是一个囊含了包括中国两省一区（黑龙江省、吉林省和内蒙古自治区） 与俄罗斯的三区两州（后贝加尔经济区、哈巴罗夫斯克边疆区、滨海边疆区和阿穆尔州、犹他自治州）等地区的生态地理空间，其辐射广度远及中国东北广大地区和俄罗斯远东之地（见图1）。中俄作为两个世界大国，中俄界江生态旅游资源的合理有效开发，对促进两国边境的政治、经济和文化发展有着重大意义，甚至对整个东北亚地区的战略提升都有着极大的辐射效力。

4)覆岩大结构失稳引起支架压力显著上升，力源是覆岩大结构失稳的动压以及顶煤和直接顶产生的静压共同作用的结果。

参考文献(References):

[1] 窦林名,李振雷,张 敏.煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究[J].煤炭科学技术,2016,44(7):41-46.

DOU Linming,LI Zhenlei,ZHANG Min.Study on monitoring and early warning technology of mine pressure bump disaster[J].Coal Science and Technology,2016,44(7):41-46.

[2] 潘俊锋,齐庆新,毛德兵,等.冲击性顶板运动及其应力演化特征的3DEC 模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(S1)：3546-3552.

PAN Junfeng,QI Qingxin,MAO Debing,et al.Study on movement and stress evolutionary process of impact roof with 3DEC[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(S1)：3546-3552.

[3] 史 红,姜福兴.采场上覆大厚度坚硬岩层破断规律的力学分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(18)：3066-3069.

SHI Hong,JIANG Fuxing.Mechanics analysis of rupture regularity of hard and massive overlying strata of longwall face[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2004,23(18)：3066-3069.

[4] 牟宗龙,窦林名,倪兴华,等.顶板岩层对冲击矿压的影响规律研究[J].中国矿业大学学报,2010,39(1)：40-44.

MU Zonglong,DOU Linming,NI Xinghua,et al.Research on the influence of roof strata on rock burst risk[J].Journal of China University of Mining and Technology,2010,39(1)：40-44.

[5] 姜福兴.采场覆岩空间结构观点及其应用研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(1):30-33.

JIANG Fuxing.View point of spatial structures of overlying strata and its application in coal mine[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2006,23(1):30-33.

[6] 窦林名,贺 虎.煤矿覆岩空间结构OX-F-T 演化规律研究[J].岩石力学与工程学报,2012,31(3):454-460.

DOU Linming,HE Hu.Study of OX-F-T spatial structure evolution of overlying stratain coal mines[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(3):454-460.

[7] 王存文,姜福兴,孙庆国,等.基于覆岩空间结构理论的冲击地压预测技术及应用[J].煤炭学报,2009,34(2)：150-155.

WANG Cunwen,JIANG Fuxing,SUN Qingguo,et al.The forecasting method of rock-burst and the application based on overlying multi-strata spatial structure theory[J].Journal of China Coal Society,2009,34(2)：150-155.

[8] 何 江,窦林名,贺 虎,等.综放工作面覆岩运动诱发冲击矿压机制研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(S2)：3920-3927.

HE Jiang,DOU Linming,HE Hu,et al.Mechanism study of overlying strata movement inducing rock burst on top-coal caving face[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2011,30(S2)：3920-3927.

[9] MU Zonglong,DOU Linming,HE Hu,et al.F-structure model of overlying strata for dynamic disaster prevention in coal mine[J].International Journal of Mining Science and Technology,2013,23(4):513-519.

[10] 夏永学,蓝 航,毛德兵.动静载作用下冲击地压启动条件及防治技术[J].煤矿开采,2013,18(5):83-86.

XIA Yongxue,LAN Hang,MAO Debing.Rock-burst start conditions and prevention technology under static and dynamic load action [J].Coal mining Technology,2013,18(5):83-86.

[11] 蒋金泉,张开智.综放开采矿震的成因及防治对策[J].岩石力学与工程学报,2006,25(S1)：3276-3282.

JIANG Jinquan,ZHANG Kaizhi.Cause and control method of mine earthquake in fully mechanized top coal caving mining[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(S1)：3276-3282.

[12] 贺 虎,窦林名,巩思园,等.覆岩关键层运动诱发冲击的规律研究[J].岩土工程学报,2010,32(8):1260-1265.

HE Hu,DOU Linming,GONG Siyuan,et al.Rock burst rules induced by cracking of overlying key stratum[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2010,32(8)： 1 260-1 265.

[13] 赵阳升,冯增朝,常宗旭.试论岩体动力破坏的最小能量原理[J].岩石力学与工程学报,2002,21(S1):1931-1933.

ZHAO Yangsheng,FENG Zengchao,CHANG Zongxu.The least energy principle of dynamical rock failure[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2002,21(S1):1931-1933.

[14] 窦凤金,屠世浩,吴 其.巨厚煤层应力集中诱发冲击矿压的作用机理[J].煤炭工程,2009(7):75-78.

DOU Fengjin,TU Shihao,WU Qi.Stres sconcentration rolemechanism of ultra thick seam to cause pressure bumping[J].Coal Engineering,2009(7):75-78.

[15] 王书文,毛德兵,杜涛涛,等.基于地震CT技术的冲击地压危险性评价模型[J].煤炭学报,2012,37(S1):1-6.

WANG Shuwen,MAO Debing,DU Taotao,et al.Rockburst hazard evaluation model based on seismic CT technology[J].Journal of China Coal Society,2012,37(S1):1-6.