井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明：义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F16断层的影响带范围为7 000～7 600 m,13200工作面全部处于F16断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F16断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2....     

平顶山矿区深部矿井动力灾害预测方法与应用

煤与瓦斯突出、冲击地压等矿井动力灾害严重威胁着我国深部矿井安全高效生产,当前总体缺乏准确的预测理论与方法。为了提高平顶山矿区深部开采阶段动力灾害发生的预防与治理水平,在分析矿区自然地质动力条件的前提下,以平顶山东部矿区为研究目标,基于最大主应力、应力梯度等因素对矿区动力灾害发生的潜在危险进行了预测分区,发现地形曲率对平顶山东部矿区的煤与瓦斯突出概率产生较大影响。平顶山东部矿区的正曲率半径范围内煤与瓦斯突出比率占总突出次数的80. 21%。同时,基于煤与瓦斯突出系统的能量特征,确定了平顶山东部矿区煤与瓦斯突出的临界能量为106J。在前期利用地质动力区划方法划分Ⅰ～Ⅴ级活动构造的研究基础上,进一步考虑开采活动作用的影响,明确目标煤层、目标采区动力灾害发生的模式,进行动力灾害二级预测。对八矿、十矿和十二矿规划区域划分Ⅵ级和Ⅴ级断裂构造,确定该区域断裂构造的分布特征和相互作用关系,建立相应的空间信息分析系统,分析活动构造的活动规律,发现平顶山东部矿区的煤体瓦斯主要受控于褶曲构造、断裂构造和构造之间的复合、联合、组合等地质构造。煤与瓦斯突出事故发生在地质构造带的次数占总次数的69. 6%。同时,确定了平顶山东部矿区的区域断裂构造的分布方式,Ⅵ级和Ⅴ级活动断裂区煤与瓦斯突出的局部分布特征。     

忻州窑矿高集中应力区域应力分布规律研究及应用

基于地质动力学原理,从大同矿区地质动力环境出发,采用绘图法将研究区划分为Ⅰ～Ⅴ级五个等级的断块;应用"岩体应力状态分析系统"构建应力计算模型,通过计算得出应力分布特征;揭示了构造应力场对冲击地压的控制作用,为矿井高集中应力区域冲击地压的防治供理论依据。     

大同煤田双系开采强矿压与地质动力环境关系研究

矿井动力灾害是在区域地质构造运动和开采扰动的共同作用下,局部煤岩体力学系统发生的剧烈动力破坏现象。本文从地质动力环境的角度对大同煤田双系开采条件下区域地质构造活动特征、构造应力场分布、天然地震与矿井强矿压之间的关系进行了分析。研究表明：活动地块边界及其活动断裂是强矿压孕育的动力学条件,区域地质动力环境为强矿压发生提供能量基础;大同煤田的构造作用以NW—NNW向的近水平压应力为主,侏罗系煤层水平地应力介于11.3～20.4 MPa,石炭系煤层地应力介于14.6～34.1 MPa,口泉断裂NW伸展的正断型应力场控制着矿区“双系两硬”煤层开采的动力灾害;大同煤田东北部地震活动频繁,与复杂的地质构造正相关,且最近10年呈上升趋势;大同煤田区域1983—2022年间应变释放率ε=5.8×10⁵J^1/2/a,相当于每年释放0.41次5级地震;区域应变能现今仍处于积累阶段,其应变值波动式增加。预测数年内地震活动性会明显增强,地质动力环境趋于活跃,矿井动力灾害将逐渐增加。     

京西煤田冲击地压的地质动力环境

为了确定京西煤田冲击地压灾害发生的地质动力环境,分析了京西煤田的地质构造、新构造运动、地应力场、地壳应变能,计算了京西煤田各矿井构造反差强度,定量评估了京西煤田的地质动力环境,讨论了京西煤田冲击地压的形成机制。研究表明,京西煤田属于现代地壳隆升区,新构造运动强烈;煤田最大主应力明显高于全国平均水平,且最大主应力与最小主应力的差别显著;京西煤田处于地壳高应变密度能区域,地壳积累了高的弹性应变能;京西构造凹地反差强度大于0.5,该区域具有发生冲击地压的地质动力环境,各矿井具有发生冲击地压的地质动力条件。京西煤田地质动力环境下的冲击地压是煤岩体在高构造应力条件下以块体整体突然破坏而快速释放能量的过程。     

黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征与防治

陕西省现有12对冲击地压矿井主要集中在黄陇侏罗纪煤田深部开采区,介绍了黄陇侏罗纪煤田冲击地压矿井地质开采条件与显现特征,结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区、永陇矿区各矿井煤岩层冲击倾向性鉴定、矿井、采区、采掘工作面冲击危险性评价以及防治冲击地压方案研究成果,总结分析了黄陇侏罗纪煤田冲击地压地质特征,彬长矿区、永陇矿区冲击地压发生主导因素为褶曲构造与厚硬顶板岩层。开展了建设矿井低应力优化布置,生产矿井及建设矿井的采掘工作面动静载荷源分源调控技术推广,并提出了下一步防冲建议,为黄陇侏罗纪煤田深部开发提供实践指导。     

基于地质动力区划的近直立特厚煤层冲击地压危险性评价

基于地质动力区划方法,确定了乌东煤矿冲击地压主要影响因素及其相互作用关系,对乌东井田发生冲击地压的地质动力环境进行了评价。乌东矿区位于博格达断裂带体系中,断裂带北缘处于强烈的压缩状态中,井田受构造活动的影响强烈。地质动力区划方法确定了断裂活动特征与井田构造形式,在分析了近直立特厚煤层原始应力的基础上,建立了近直立特厚煤层冲击地压的危险性评价方法,确定了乌东煤矿南采区冲击地压点主要发生在高应力区和应力梯度区。应用FLAC3D数值计算方法,确定了开采活动对乌东煤矿冲击地压的影响,并对冲击地压危险区域进行了划分与预测。研究表明,在构造应力的影响下,乌东井田围岩能够产生较大的压缩应变,积聚较高的弹性潜能,为冲击地压的发生提供了能量条件,开采活动使工作面所在煤体的弹性能更加接近由稳态向非稳态转变的临界,增大了冲击地压发生的危险性。在南采区的高应力区和应力梯度区应加强冲击地压监测和采取解危措施,避免冲击地压的发生。     

断裂构造分形几何特征对冲击地压的控制作用研究

断裂构造是影响煤矿开采的重要地质因素，也是诱发矿井冲击地压灾害的主要因素之一。为分析断裂构造对冲击地压的控制作用，以鹤岗南部矿区为工程研究背景，基于地质动力区划法，划分了鹤岗南部矿区的断裂构造，利用分形几何原理，统计计算了研究区断裂全区与分区的分形维数，分析了研究区断裂全区与分区分形几何特征，探究了断裂分形维数与冲击地压空间位置的耦合关系。结果表明：NW向断裂和近SN向断裂对鹤岗南部矿区的冲击地压控制作用程度较高，NE向断裂次之，近WE向断裂则最差。冲击地压空间位置与研究区断裂分区分维值有较好的对应关系，已发生冲击地压的分区，其分区断裂分维值较大，处于断裂构造较复杂和复杂的区域。不同方向的断裂在同一分区的分维值与冲击地压密切程度不同，其断裂对冲击地压的控制作用程度也不同，同一方向的断裂在不同分区的分维值与冲击地压控制作用程度亦是如此。研究成果从分形几何角度揭示了断裂构造对冲击地压控制作用，可为冲击地压预测与治理提供新思路。     

基于GIS的冲击地压区域预测预防系统的探讨

文章应用地理信息系统和地质动力区划方法，确定活动断裂与冲击地压的内在联系和冲击危险区域判别准则，建立冲击地压区域预测预防服务站。结合矿井开拓开采随时提供区域冲击危险预测图，提出防治冲击地压的技术途径。     

冲击地压的地质动力条件与监测预测方法

系统研究了井田自然地质动力条件和开采工程效应对冲击地压的综合作用以及井下冲击地压监测预测方法。建立了冲击地压地质动力条件评价方法和指标体系;提出了应用锚索监测断层活动预测冲击地压的方法。阐明了自然地质动力条件是冲击地压发生的必要条件,开采工程效应是冲击地压发生的充分条件。矿井发生冲击地压必须具备相应的地质动力条件,开采等工程活动仅是诱发因素。测力锚索的应力变化与断层活动具有较大的相关性,当锚索测力计数值突变时,表明断层已经活动,据此可预测矿井近期将有冲击地压发生。研究成果在老虎台煤矿83003工作面进行了成功应用,提高了矿井安全生产水平。     

窑街矿区冲击地压防治技术

冲击地压是煤矿重大灾害之一,窑街矿区的3对矿井先后被评价为冲击地压矿井,经过分析和研究,该矿区冲击地压发生机理为厚硬顶板破断产生大能量震动,静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用。依据冲击地压机理制定了冲击地压治理技术方案,矿区冲击地压发生的频率和能量得到有效控制,为矿井安全生产提供了保障。     

巨厚坚硬岩层下基于防冲的开采设计研究与应用

在我国多个分布有巨厚坚硬岩层的矿区,巨厚坚硬岩层运动导致的强矿震和强冲击地压致灾后果严重,治理难度大,已经成为这些矿区矿井安全生产的主要障碍。通过分析巨厚坚硬岩层下冲击地压的发生规律,提出了此类矿井冲击地压存在“关键工作面效应”、“震动诱冲效应”和“冲击震动效应”3个共同特点。“关键工作面”是指该工作面在开采时会导致巨厚坚硬岩层发生断裂和强烈运动,并开始出现强烈的矿震或冲击地压;“关键工作面效应”是指“关键工作面”开采过程中发生的强动力灾害;“震动诱冲效应”是指巨厚坚硬岩层断裂震动在地层中产生的动应力传播到处于高应力状态的煤体上后,诱发的冲击地压灾害,其显现特点是“震源与冲击显现位置不一致”;“冲击震动效应”是指当开采到关键工作面位置后,巨厚坚硬岩层的传递压力将急剧增加,当部分煤体达到发生冲击的条件时即可发生冲击,同时引起能量巨大的震动,这类冲击的显现特点是“震源与冲击显现位置一致”。采用覆岩空间结构理论、地表沉陷观测、微震和应力监测数据,提出了辨识关键工作面的方法;阐述了山东能源集团3个不同类型巨厚坚硬岩层冲击地压矿井采用保护层开采、负煤柱设计、关键工作面确定与参数设计、避开震动损害边界开采设计、小煤柱设计和顺序开采工作面参数优化设计等综合方法,实现防冲安全的具体做法。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害。通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向。鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特性、区段煤柱以及高强度开采等因素的影响,矿井面临冲击地压灾害。在借鉴中东部深井冲击地压灾害防治的基础上,该矿区冲击地压研究工作取得了一定成果,但仍应在成煤规律、覆岩运动、顶板疏放水诱冲、保护层开采、超大工作面冲击规律以及坚硬煤层卸压等方面进一步研究,从而实现鄂尔多斯深部矿区冲击地压灾害的科学防治。     

赵各庄矿深部巷道冲击地压诱发因素分析

在开滦赵各庄矿冲击地压现场调研的基础上，总结了近10年来该矿开采千米深度时发生2次严重的冲击动力灾害的特征；对煤岩材料进行了力学参数和冲击倾向性实验测定，并从地质、技术、岩性、地震等方面分析了动力灾害的诱发因素，进而与大同忻州窑矿、抚顺老虎台矿做了对比分析，认为矿井冲击地压的发生均有其主导的诱发因素，这也为赵各庄矿和其他矿井冲击地压防治提供了方法。     

陕蒙接壤深部矿区区段煤柱诱冲机理及其防治

针对陕蒙接壤深部矿区照搬浅部双巷掘进布置宽区段煤柱导致部分矿井已有冲击地压显现现象,以陕蒙接壤深部矿区B矿为例,采用数值模拟和理论分析的方法,研究区段煤柱的应力演化规律,揭示区段煤柱诱发冲击地压的机理:由于该矿区煤层的强冲击倾向性和高单轴抗压强度,其弹性核积聚弹性能的能力更高,当弹性核区破坏时,能量释放产生的冲击力易超出巷道阻力及支护阻力,致使煤柱侧发生冲击。鉴于此提出降低煤柱上方应力、减弱煤柱弹性核区蓄能能力和增大巷帮阻抗力等防治对策。研究成果应用于B矿31102沿空工作面,解决了区段煤柱造成的沿空巷道频繁强动力显现,实现了工作面的安全回采,对陕蒙接壤深部矿区区段煤柱冲击地压防治具有借鉴意义。     

赵楼井田首采区冲击地压危险性分区研究

根据冲击地压发生的地质条件,建立赵楼井田首采区综合指数法数学模型。由相邻矿区已发生冲击地压的矿井资料对数学模型进行回归拟合,确定冲击地压的分区阈值。以此数学模型对首采区内所划分的247个单元格进行了冲击地压指数计算。根据计算结果,对首采区进行冲击地压危险性分区:危险区主要分布于具有Ⅰ、Ⅱ类顶板条件,喜山期断层、褶曲分布密度较大的区段;相对危险区主要分布于构造条件较简单、具有Ⅰ、Ⅱ类顶板条件,或构造条件较复杂的Ⅲ类顶板区段;相对安全区主要分布于Ⅳ类顶板区段或构造条件简单的Ⅲ类顶板区段。     

华亭矿区冲击地压危险性受开采强度影响分析

为了科学评价华亭矿区冲击地压危险性,结合矿区内砚北煤矿等矿井冲击地压实际显现情况,分析了冲击地压显现与工作面开采强度之间的关系,提出将开采强度引入冲击地压危险性评价的影响因素,并将开采强度归纳为回采工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小、放顶煤工作面放高与采高之比等3个具体的评价指标,对华亭矿区冲击地压危险性评价及冲击危险性预测都有较强的指导意义。     

高埋深矿井冲击地压形成机理实验研究

随着华亭矿区煤层开采深度、范围的不断增大,矿井面临的冲击地压灾害日益突出。文章以华亭煤矿204、205、206三个综采工作面为研究对象,综合分析矿井开采地质条件,通过建立物理模型,模拟矿井冲击地压发生过程中整个覆岩的运移过程,揭示冲击地压发生的影响因素和机理。结果表明:覆岩关键层和区段煤柱是影响矿井冲击地压发生的重要因素,为矿区冲击地压的防治提供一定的理论基础。     

黄陇侏罗纪煤田复合构造区动静载荷敏感性因素分析

针对陕西某矿井煤层掘进过程中的动力显现频次、强度日益增大,顶板多次冒顶,巷道成型差,支护施工困难等安全问题.结合黄陇侏罗纪煤田彬长矿区某矿地质条件,通过理论分析、数值模拟、现场调研等方法对动静载荷冲击地压敏感性影响因素进行分析,结果表明:黄陇侏罗纪煤田冲击发生的静载荷主控因素有坚硬厚层顶板、褶曲构造、断层、复合构造、回采速度5个敏感性因素;其中复合构造区敏感性系数最大.以复合构造区界线,将动静载荷的叠加耦合分为了3个不同的回采阶段,动载来源分为顶板破断和采场扰动断层滑移动.分析除了开采因素影响外,最关键的因素是其本身天然地质条件所造成,其中复杂的复合构造区是冲击地压发生的主控因素.研究结论对类似矿井冲击地压危险性评价及防治具有指导意义.     

矿井群冲击地压发生机理与控制技术探讨

大型地质体控制下,相邻矿井开采过程中时常发生冲击地压。为研究大型断层和巨厚砾岩层顶板条件下两个相邻矿井间相邻工作面开采过程中冲击地压的发生机理,以义马矿区跃进矿23070工作面和常村矿21220工作面为实际工程背景,对两工作面回采期间冲击显现特征和微震事件时空演化及能量特征展开现场实测分析,并对井间覆岩结构应力分布开展理论分析和数值模拟。研究结果表明,义马矿区F16逆冲断层的活化运动和巨厚砾岩层的整体控制作用,为冲击地压的孕灾提供了力源条件,井间相邻工作面同时回采期间,采空区上覆岩梁与井间煤岩柱系统构成“非对称T形”结构,21220工作面煤体冲击导致应力转移至井间煤柱和23070工作面,从而诱发23070工作面冲击;井间开采扰动导致应力转移并诱发冲击地压,与滞后开采工作面初始冲击强度及推进长度具有密切关系;基于理论与工程实测结果,提出了以弱化矿井间高应力传递的结构链为核心的井间“弱链增耗”防冲技术。为巨厚砾岩层顶板矿井群开采条件下相邻矿井工作面冲击地压发生机理及控制技术的研究提供理论基础。