短壁梯形采场关键层顺序失稳控制机理研究.pdf

分类号分类号 TD353 密密 级级 公公 开开 U D C 单位代码单位代码 10424 学学 位位 论论 文文 短壁梯形采场关键层顺序失稳短壁梯形采场关键层顺序失稳 控制控制机理机理研究研究 潘瑞凯潘瑞凯 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二二〇〇一一六六年六月年六月 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 指导教师姓名指导教师姓名张张 开开 智智 专业专业名名称称 采矿工程采矿工程 职职 称称 教教 授授 万方数据 论文题目论文题目 短壁梯形采场关键层顺序失稳短壁梯形采场关键层顺序失稳 控制控制机理机理研究研究 国家自然科学基金资助项目国家自然科学基金资助项目51564004，，51374139 贵州省科技厅、贵州理工学院联合基金项目（贵州省科技厅、贵州理工学院联合基金项目（[2014]7370）） 作者姓名作者姓名程程 秀秀 洋洋 论文提交日期论文提交日期 2016 年年 4 月月 论文答辩日期论文答辩日期 2016 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 作者姓名作者姓名潘潘 瑞瑞 凯凯 专业名称专业名称采矿工程采矿工程 指导教师指导教师张张 开开 智智 入学时间入学时间 20132013 年年 9 9 月月 研究方向研究方向 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 职职 称称 教教 授授 万方数据 RESEARCH ON THE CONTROL MECHANISM OF SEQUENCED INSTABILITY OF TRAPEZOID SECTION KEY STRATUM IN SHORT-WALL MINIGNG A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Pan Ruikai Supervisor Professor Zhang Kaizhi College of Mining and Safety Engineering June 2016 万方数据 声声 明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 AFFIRMATION I declare that this dissertation, ted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been ted for qualification at any other academic institute. Signature Date 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘摘 要要 短壁连采是高效回采边角煤的有效途径，传统短壁连采法在采场留设大量煤柱支撑 顶板，造成采空区顶板大面积悬空，威胁到作业人员及设备的安全。论文以榆家梁煤矿 42213 边角煤短壁开采为工程背景，综合运用室内试验、理论分析及数值模拟等手段， 对直角梯形采场关键层破断机理及规律进行研究， 基于关键层-煤柱协调失稳原理实现关 键层顺序失稳的全部垮落法开采。主要研究内容及结论利用弹性薄板理论建立了直角 梯形薄板关键层力学模型，并采用康托洛维奇方法求解得到两邻边固支两邻边简支直角 梯形薄板关键层的弯曲下沉解析解和应力分布表达式，给出了关键层发生剪切破断和拉 伸破断两种破断失稳形式的判据，据此计算不同尺寸直角梯形采场的极限推进步距和极 限悬顶面积；对直角梯形关键层应力演化规律进行理论分析，结合数值模拟研究，表明 直角梯形关键层拉伸破断形态为“O-X”形，破断轨迹为关键层下表面中部裂隙向四个 角点延伸与上表面沿端部发育裂隙贯通，且关键层弯曲破断时四周边界有上翘趋势；推 导得出随采场推进的煤柱上载荷动态分布表达式，结合煤强度的尺寸效应，综合分析煤 柱稳定性，进而确定了基于关键层煤柱协调失稳的短壁采场设计方法并针对榆家梁煤 矿 42213 边角煤进行区段开采方案设计；将防飓风冲击的直墙密闭优化设计为防冲性能 更佳的弧形密闭，推导了弧形密闭参数计算公式并给出设计方法，最后针对榆家梁煤矿 42213 边角煤三个区段设计合理的防冲弧形密闭。 关键词关键词直角梯形薄板；关键层失稳；协调失稳；弧形密闭；颗粒流 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 ABSTRACT II ABSTRACT Short-wall mining with continuous shearer is an effective way for boundary coal mining. The traditional way to support roof by setting large numbers of coal pillars threatens the safety of workers and equipments because of large area overhanging roof in gob. The paper studies the mechanism of the key strata’s breaking in right-angled trapezoid mining section by applying the comprehensive including laboratory test, theoretical research and numerical simulation based on the engineering of 42213 boundary coal with short-wall mining in Yujialiang coalmine. And the full caving mining with the sequenced instability of key strata is achieved according the key strata and coal pillar’s coordinated instability principle. The main contents and conclusions are as follows. Based on the theory of elastic thin plates, a mechanical model is established for right-angled trapezoid key strata. With the Kantorovich , an analytical expression of flexural function and an expression of stress distribution are derived for right-angled trapezoid key strata with two clamped edges and two simply supported edges. Two instability criterions of key strata including shear breaking and tension breaking are provided, which is the base of computation for limit advance distance and overhanging area right-angled trapezoid mining section with different sizes; The right-angled trapezoid key strata’s tension breaking is the O-X‖ shape and the breaking path is that cracks in the middle of lower surface extend to the four corners and meets the cracks along the sides of upper surface with the trend of upturned at the four side edges according to the stress evolution rules of the right-angled trapezoid key strata with the theoretical analysis and numerical simulation; The derived dynamic expression of load distribution on the pillar with the mining area advanced, combined with the size-effect of coal pillar’s strength, can be used to comprehensively analyze stability of coal pillar. Therefore the design of short-wall mining area based on the key strata and coal pillar’s coordinated instability principle is determined and the design example of 42213 boundary coal in Yujialiang coalmine is given; Straight-wall bulkhead for hurricane is improved to the arc-shaped-wall bulkhead which has better perance in resisting the shock. The expression of parameters of arc-shape bulkhead is derived and the detailed design procedure is given. Finally, aimed to the three mining section with different sizes, reasonable parameters are calculated in 42213 boundary coal in Yujialiang coalmine. Keyword right-angled trapezoid thin plate； instability of key stratum； coordinated instability； arc-shaped bulkhead；particle flow 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 I 目目 录录 1 绪绪 论论1 1.1 课题的提出及研究意义1 1.2 国内外研究现状3 1.3 研究内容与技术路线7 2 直角梯形薄板关键层破断理论分析直角梯形薄板关键层破断理论分析9 2.1 直角梯形薄板关键层力学模型9 2.2 直角梯形薄板关键层弯曲解析解11 2.3 直角梯形薄板关键层破断形式15 2.4 直角梯形薄板关键层应力演化17 2.5 直角梯形薄板关键层破断规律22 3 关键层关键层-煤柱系统协调失稳机理煤柱系统协调失稳机理27 3.1 基于关键层影响的煤柱稳定性28 3.2 基于关键层-煤柱协调失稳的短壁采场参数设计33 4 短壁梯形采场关键层破断的颗粒流模拟短壁梯形采场关键层破断的颗粒流模拟38 4.1 直接拉伸数值实验38 4.2 基于神经网络的岩石参数标定48 4.3 42213 边角煤上覆关键层破断模拟56 5 防飓风冲击弧形密闭设计防飓风冲击弧形密闭设计61 5.1 飓风冲击能量估算61 5.2 弧形防冲密闭设计63 5.3 榆家梁煤矿 42213 边角煤区段防冲密闭设计69 6 结论与展望结论与展望75 6.1 主要结论75 6.2 展望76 致致 谢谢77 参考文献参考文献78 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果83 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 II Contents 1 Introduction1 1.1 Raising of project and meaning of the study1 1.2 Present status of the study at home and abroad3 1.3 Study contents and technology routine7 2 Theoretical analysis of right-angled trapezoid thin plate key strata’s breaking9 2.1 Mechnical model of right-angled trapezoid thin plate key strata9 2.2 Analytical solution of right-angled trapezoid thin plate key strata11 2.3 Breaking modes of right-angled trapezoid thin plate key strata15 2.4 Stress evolution of right-angled trapezoid thin plate key strata17 2.5 Breaking rules of right-angled trapezoid thin plate key strata22 3 Coordinated instability mechanism of key strata-pilliar 27 3.1 Stability of coal piallar influenced by the key strata28 3.2 Short-wall mining area design based on coordinated instability mechanism33 4 Particle flow numerical simulation of key stratum in short-wall trapezoid mining area38 4.1 Numerical test of direct tension38 4.2 Micro parameters calibration based on neural networks48 4.3 Breaking simulation of overlying key strata of 42213 boundary coal56 5 Design of anti-hurricane arc-shaped bulkhead61 5.1 Estimate of shock energy 61 5.2 Design of arc-shaped bulkhead63 5.3 Section bulkhead design of 42213 boundary coal in Yujialiang69 6 Conclusion and prospect75 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 III 6.1 Key conclusion75 6.2 Prospect76 Acknowledgements77 Reference78 Main Work Achievement of the Author during Working on Master Paper83 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论绪论 本论文的选题来源于国家自然科学基金项目边角煤短壁连采关键层区段顺序失稳 控制机理研究课题，主要研究内容是边角煤短壁采场中各种形式的顶板关键层破断机 制及顶板-煤柱系统的协调运动及失稳机理， 通过煤柱留设参数的动态调节将原先采场顶 板运动来压时的被动解危变为主动控制顶板运动及失稳，最终实现顶板全垮落法短壁连 采。论文选取典型的短壁采场 直角梯形采场作为研究对象，对直角梯形采场的顶板 运动、破断机理进行研究，并以此为基础研究顶板-煤柱系统协调运动失稳的机理，最后 对顶板突然垮落造成飓风的防冲密闭参数进行优化设计。 1.1 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 2014 年我国原煤产量 38.7 亿吨，占能源消费总量的 66.0，表明煤炭仍然是目前我 国的主要能源，是我国国民经济快速、可持续发展的坚实基础和重要保障[1]。然而，随 着煤炭开采技术的不断进步，一方面，放顶煤开采、57m 一次采全高等高强度开采技 术的应用使得我国主要煤炭矿区服务年限急剧缩短， 储量几近枯竭， 地质条件相对较好、 便于布置长壁工作面开采的煤层所剩不多；另一方面，不适合综合机械化长壁开采的遗 留不规则边角煤块段也在不断增加。以兴隆庄煤矿为例，整个兖州矿区 3厚煤层边角煤 地质储量为 9509.41 万 t，而该矿二水平 3煤边角煤储量就达 1390 万 t，这些边角煤如 果不及时回采将随着采区、水平的封闭而永久丢失，造成资源的重大浪费，寻求合适的 边角煤高效回采方法势在必行。 近十多年来，内蒙、山西等顶板相对坚硬的矿区通过国外学习、引进，逐渐摸索并 成功推广应用短壁连采方法（亦称旺格维利采煤法，简称旺采）回采边角煤，仅神华集 团神东煤炭公司年均短壁连采回采边角煤产量在 700 万 t 以上且逐年递增。 短壁连采边角煤开采有别于普通长壁综采的最典型特点就是其开采块段的不规则 性。长壁采场开采过后会留下大量的不规则采场，从矿压控制的力学角度看，大部分采 场可简化成直角梯形采场和直角三角形采场，本文以直角梯形采场为研究对象，其典型 巷道布置及回采工艺如图 1.1 所示，回采工艺为连续采煤机在支巷内后退式双翼（或 单翼）进刀回采采硐内煤柱，支巷间回采顺序可以是前进式，也可以是后退式。通过人 为严格控制一个区段的最大回采面积，实现顶板不垮落法短壁连采，区段回采完毕后通 过留设的 10m 左右的区段隔离煤柱重复进行下一区段回采。 这样在区段回采完毕时除直 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 2 接顶有少量冒落外关键层并没有达到极限运动步距从而保证了本区段回采的安全。但是 这种控顶方法又会造成大量的安全隐患首先，可能会因采空区顶板大面积瞬时垮落形 成飓风冲击；其次，留有大量煤柱后对下层煤开采造成应力集中而引起下层煤开采时严 重的片帮和冒顶；最后，下层煤长壁开采时因顶板运动极容易引起上层隔离煤柱的失稳 造成顶板大面积垮落对工作面液压支架冲击破坏甚至压垮工作面。尤其是随着开采区段 增多，开采历史延长，多个边角煤块段采空区连成一片后这一问题更加突出。 图图 1.1 短壁采场巷道布置及顶板控制短壁采场巷道布置及顶板控制 Fig. 1.2 Roadway layout and roof control in short wall mining 为了从根本上解除短壁连采顶板大面积悬顶的威胁，课题组提出顶板区段煤柱 协调失稳的顶板全垮落短壁连采法应运而生，其特征为区段回采过程中要求直接顶滞后 连采机一定距离冒落而保持关键层不失稳，通过调节煤柱的稳定性，区段回采结束并封 闭后实现区段覆岩结构-区段煤柱系统的协调运动， 即区段煤柱失稳的同时关键层结构也 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 3 充分失稳运动，从区段回采顺序来看，实现区段间“前采后垮”的关键层顶板顺序失稳 控制（如图 1.1 所示） 。 受地质、开采、储量等条件制约，我国绝大部分煤矿都程度不同的存在边角煤开采 问题，目前在内蒙神东、乌海，山西康家滩、同煤、潞安、晋煤、焦煤等晋陕蒙地区， 大屯煤电龙东矿等矿（区）已大量推广应用边角煤短壁连采技术，随着对短壁连采顶板 运动控制机理研究的不断深入和连采设备的不断更新完善，将会有更多的矿区采用这一 简单、灵活的边角煤回采方式，因此，研究成果对于指导存在边角煤开采的煤矿的采场 布置、顶板控制及安全回采具有重要意义，同时一定程度上可以丰富和完善顶板运动与 控制的相关理论。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 采场关键层运动破断机理研究现状采场关键层运动破断机理研究现状 在老顶岩层“砌体梁”理论的基础上，为了解决岩层运动与控制中更加广泛的问题， 钱鸣高院士提出岩层控制中的关键层理论。具体到边角煤短壁采场问题，大部分边角煤 形状不规则，与长壁采场的规则顶板不同，短壁采场需要对异形（指非矩形顶板，如三 角形、梯形、任意多边形等）关键层变形、破断、失稳展开专门研究。在关键层及异形 关键层问题上，国内外学者从关键层的确定、组合效应、力学模型建立与求解、运动控 制等方面做了大量研究工作， 钱鸣高等[2]研究形成了岩层控制的关键层理论，将关键层视为弹性地基梁， 结合砌 体梁理论，分析了关键层变形破断规律。缪协兴等[3]运用数值模拟方法，分析了存在厚 关键层的采场覆岩破断与冒落规律。 侯忠杰等[4-7]分别对浅埋煤层关键层以及组合关键层 的判别、破断失稳以及致灾机理进行了深入的研究，提出了浅埋关键层理论，为浅埋煤 层的关键层控制提供了依据。 史红、 罗文柯等[8-9]将厚层基本顶视为两端嵌固梁进行研究， 分析了厚层基本顶的破断规律及对采动的影响。王平、姜福兴等[10]将高位厚硬顶板简化 成不同边界条件下的薄板力学模型， 同时考虑水平应力的影响， 研究了其极限跨落步距。 祝方才、贺广零等[11- 12]分别基于中厚板 Reissner 理论、符拉索夫理论，分析了采空区顶 板的临界（安全）厚度。徐金海、余为等[13-15]将短壁关键层简化为平面应变问题，对短 壁开采覆岩关键层进行了力学分析，推导了相应的关键层变形关系式及关键层变形的时 间相关性。李兴伟、孙广义等[16]利用 RFPA2D 对平岗煤矿 1202 工作面不规则坚硬顶板 工作面矿压显现规律进行了研究， 认为工作面形状不规则是造成来压步距实 测值与数值 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 4 模拟及理论计算值偏差较大的直接原因。申凯[17]采用康托洛维奇近似变分法对兴隆庄煤 矿边角块段直角梯形顶板进行求解，得到了基本顶岩层弯曲的位移分布函数。谢秀松、 王磊等[18-19]学者利用康托洛维奇法对异形板的弯曲问题进行了基本的力学求解，更多学 者[20-23]从力学模型建立、板力学分析等角度进行了基础研究。 已有的研究成果主要是将长壁采场厚层基本顶、 关键层简化成长梁、 薄板进行研究， 为长壁开采顶板控制理论与实践做出了贡献，在此基础上对异形关键层弯曲进行了最基 础的力学分析。而大多数情况下短壁采场关键层需要考虑异形特征，这方面的理论研究 成果尚未得到解析解以指导实践。因此有必要对关键层异形板力学模型及异形关键层进 行进一步深入、系统的分析，得出挠度和应力分布以及对支承压力的影响。 1.2.2 煤柱稳定性煤柱稳定性研究现状评述研究现状评述 对于煤柱稳定性的研究，国内外学者主要从煤柱载荷、煤柱尺寸效应、煤柱强度理 论等方面进行了大量的煤柱稳定性分析。胡炳南[24]由煤柱强度分析，导出了任意方向弱 面的剪力强度安全系数计算式，建立了顶底板通过摩擦作用施加给煤柱的等效拉压应力 引起的煤柱屈服区宽度变化的简化计算式，从三向受力状态角度分析了侧限力对增加煤 柱强度的机理问题；白矛、刘天泉[25-26]通过建立力学模型，导出了条带煤柱的垂直采动 应力和塑性区宽度的表达式及煤柱宽度和开采宽度的理论计算公式；谢和平等[27]通过分 析煤柱稳定性研究进展，提出了煤柱的破坏失稳是典型的非线性过程；邹友峰等[28]提出 煤柱研究应该应用非线性动力学理论，深入系统地研究条带煤柱非线性动力系统稳定性 的主要影响因素，建立煤柱的非线性动力系统稳定性模型和稳定性的判定准则。陈绍杰 [29]采用室内试验、数值模拟、现场实测和理论分析等方法，针对随时间变化的深部条带 煤柱长期稳定性进行了系统的基础实验研究，得出深井煤柱的深部横向变形是非连续、 阶跃式、突变式的；C.D.Martin[30]采用含亚临界裂纹扩展的滑移裂纹模型分析近自由表 面的裂纹扩展，研究了煤柱中裂纹扩展的时间相关性。徐金海[31]利用最小势能原理，分 析了煤柱与顶板的相互关系，建立了考虑顶板刚度及煤柱软化与流变特性的煤柱时间相 关稳定性分析模型，引入煤岩体的蠕变本构关系，对煤柱的长期变形和稳定性进行了分 析；李江腾[32]以岩石的亚临界裂纹扩展试验为基础，依据岩石的亚临界裂纹扩展速率与 应力强度因子的关系及裂纹的几何参数，基于能量原理及突变理论导出了失稳力学判据 的充要条件，对煤柱失稳的时间相关性进行了探讨；更多的学者[33-37]从能量角度、流变 力学及试验模拟角度对煤柱强度进行了研究。 以上学者从煤柱与顶、底板接触面、煤柱自由面、煤柱尺寸、围岩应力分布、损伤 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 5 流变等角度做了大量工作， 对煤柱的合理参数设计与煤柱稳定性控制起到了积极的作用。 就本课题而言，在前人科研成果的基础上，需要将覆岩与区段煤柱视为相互作用的复杂 系统，一方面，分析覆岩子系统对煤柱子系统的影响；另一方面，通过人为控制煤柱子 系统的稳定性反向调节覆岩子系统，从而实现短壁连采顶板的顺序有效控制。 1.2.3 短壁采场顶板控制研究现状评述短壁采场顶板控制研究现状评述 在边角煤回采过程中，科学的顶板控制可在保证工作面安全的情况下，最大化地提 高边角煤资源采出率，一些学者针对边角煤短壁采场顶板控制进行了探索研究。 徐金海等[38-40]根据短壁开采条件下保护煤柱的布设特点，结合工程实践，建立由保 护煤柱支承的关键层力学分析模型，针对不同采场设计参数进行关键层受力及变形的弹 性和黏弹性分析，得到弹性介质关键层下沉量的理论计算式，及黏弹性介质关键层变形 随时间变化的表达式；张开智等[41-44]运用断裂力学及弹性板理论，建立了短壁采场关键 层的刚度条件和强度条件，从裂纹扩展的能量平衡观点出发，推算出了理想状态下，厚 层坚硬顶板连采面采空区达到极限面积之后顶板从破坏到垮落的最短时间，初步为短壁 采场厚硬关键层顶板运动的有效控制提供了理论依据；更多学者[45-47]从工程实践及数值 模拟等角度对短壁采场顶板运动规律及控制进行了有益探索。 现有研究成果初步建立了短壁连采顶板关键层结构的力学模型，在一定程度上为短 壁连采工程实践提供了参考依据。课题组所承担的短壁连采横向项目中部分实现了顶板 滞后顺序垮落，但在理论研究方面始终还没有科学系统的理论作为指导，因此本课题重 点研究短壁采场顶板控制的理论方面，解决短壁采场顶板控制理论滞后于实践的现状。 1.2.4 颗粒流参数标定研究现状评述颗粒流参数标定研究现状评述 在研究关键层板破断规律以及煤柱支承压力等方面，除采用理论推导方法外，还采 用颗粒流数值模拟方法。关于岩土材料的细观参数标定，徐小敏等[48]基于线性接触模型 建立了颗粒材料初始杨氏模量、初始泊松比等宏观弹性常数与颗粒法向刚度、颗粒刚度 比等细观弹性常数间的经验公式。徐金明等[49]通过对颗粒接触模量、接触连接强度和连 接刚度比等细观力学参数进行标定，建立了石灰岩细观结构模型。赵国彦等[50]对平行黏 结模型中细观参数对宏观弹性模量和泊松比进行了研究。周博等[51]对黏性土类材料开展 了不同围压下的平面双轴压缩试验， 并依据摩尔-库仑强度准则对数值试样的剪切强度参 数（内摩擦角、黏聚力）进行标定。尹成薇等[52]认为砂土内摩擦角与颗粒摩擦角之间满 足线性关系，黏聚力与颗粒接触强度之间符合线性规律，且两者拟合曲线的斜率与颗粒 摩擦系数之间呈现幂函数关系。 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 6 关于抗拉强度及其颗粒流数值试验， 孟京京等[53]使用 PFC 数值软件实现不同中心角 的平台圆盘巴西劈裂试验，分析不同中心角对岩石破坏过程及破坏模式的影响，推荐平 台中心角为 20 。D. O. Potyondy 等[54-55]通过巴西试验，认为岩石宏观强度与细观强度及 尺度比成正比。王学滨等[56]采用拉格朗日法研究了中部预切槽试样单轴拉伸条件下的破 坏全过程及尺寸效应问题。尹小涛[57]针对岩土材料细观参数的宏观响应、岩土材料内尺 度比、尺寸效应、加载率效应、颗粒大小对材料工程性质的影响和岩石材料破裂过程及 其分形特性等六个问题设计了专门的数值虚拟试验，取得了重要成果。 上述研究通过单轴、 三轴实验对小尺寸试件的类岩土材料的宏观弹性模量、 泊松比， 剪切指标内摩擦角和黏聚力进行标定，得到许多有益的结论。抗拉强度作为岩石材料的 重要指标，对其标定主要通过巴西劈裂试验，然而巴西劈裂并不满足其公式所要求的平 面应力条件，存在泊松比效应[58]，易发生偏心破坏[59]或应力集中区的破坏，不满足中心 劈裂的条件，不能准确表征岩石真实的抗拉强度，郭明伟等[60]的研究也证实了这一点。 因此，进行考虑颗粒尺寸进而满足工程应用的抗拉强度研究显得尤为重要。 1.2.5 飓风冲击防治研究现状评述飓风冲击防治研究现状评述 国内外矿井中，采用房柱式采煤法导致大面积采空区顶板垮落引发飓风冲击灾害事 故屡有发生，且灾害破坏性巨大，造成了惨重的人员伤亡和矿井、设备的严重损坏。 针对矿井飓风冲击灾害，宋选民及其团队[61-62]采用理论分析及工程实践方法，基于 能量守衡观点和气体动力学理论，推导出了飓风冲击周围煤壁及巷道时的冲击载荷及总 压力，初步建立了飓风对煤壁及巷道冲击破坏的评价体系；吴爱祥[63]从以上角度出发采 用试验手段研究了垫层削波在防治飓风中的应用；郑怀昌[64]根据理论分析和物理模拟实 验提出了反映顶板垮落与冲击飓风关系的 “打气筒” 和 “绕流” 复合模型； 此外 Alekseev， D. V [65 -66]从能量守恒角度定量地研究了顶板垮落与飓风冲击压力的演化关系， 并应用一 维等熵流模型计算出冲击飓风压力沿巷道长度的分布情况；李大勇[67]将采空区气体流动 视为无粘性