矿区地质动力区划趋势面分析的可视化软件系统

地质动力区划是矿区防治多种地质灾害的新方法。基于趋势面分析理论和3次样条插值函数及VB调用CAD二次开发成图技术,构建了地质趋势面分析的可视化软件系统。综合矿区地质地形图、震中分布图、地下勘察及地应力测量结果,软件系统可有效区划出活动断裂,从而为煤矿开采设计与瓦斯动力事故等灾害预防提供科学理论依据。     

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。     

庞西垌银矿区控矿断裂地质特征及其形成演化

位于粤桂边界的庞西垌银矿床是粤西北地区蚀变构造岩型银金多金属矿床的典型代表之一.在区域应力场分析的基础上,通过对庞西垌矿区控矿断裂构造岩、断裂分带以及伴生节理构造的研究,对庞西垌银矿区控矿断裂构造的形成和演化过程进行了探讨.所得结论为:①矿区控矿断裂构造形成演化受区域构造应力场影响和控制,与区域构造应力场相对应,矿区控矿断裂构造经历了海西-印支期压性、燕山早期压扭性、燕山晚期张扭性3种不同构造应力场的叠加改造,不同特征的构造岩在空间上叠加产出.②矿区控矿断裂构造活动具有继承性特点,表现为晚期断裂活动沿早期断裂形成的构造面进行,不同阶段构造活动的中心基本一致.比较而言,晚期断裂构造活动强烈,影响范围大,对早期构造岩具有强烈改造作用.③构造透镜体形态及运动学标志指示矿区控矿断裂构造早期表现为左行平移-逆冲运动,晚期表现为右行平移-滑覆运动.     

活动断裂研究与矿井动力现象预测

矿井动力现象预测的准确性和可靠性，从根本上说取决于对区域构造应力场和活动断裂的研究水平。利用地质动力区划结果，从库伦准则出发，根据皋尔利的实验结果讨论了区域应力状态与断层活动的关系。认为北票断裂对区域其它次级断裂及其构造应力区起主导和控制作用，是北票矿区动力现象的动力源。     

煤矿冲击地压地质动力环境研究

为了确定煤矿冲击地压的地质动力环境,利用GIS对中国Ⅰ、Ⅱ级活动地块和活动断裂与冲击地压矿井的空间分布相关性进行了分析,论述了冲击地压孕育的地质动力条件和冲击地压显现的能量来源,并以抚顺矿区为例分析了冲击地压的地质动力环境。研究结果表明:我国63%的冲击地压矿井处于Ⅰ、Ⅱ级活动地块的边界及其影响带上,东北亚地块、华北地块、鄂尔多斯地块的冲击地压矿井位于地块周缘,华南地块的冲击地压矿井处于地块内部;85%的冲击地压矿井处于活动断裂的影响范围内,东北亚地块、华北亚地块、华南亚地块具有相似的规律。地质动力环境是冲击地压系统的能量来源和冲击地压孕育的地质动力学条件,矿区/矿井冲击地压显现的总体强度或释放的总体能量取决于其地质动力环境,抚顺矿区F1断层和F1A断层组成的浑河活动断裂是矿区冲击地压的地质动力环境。     

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。     

矿山地质灾害研究的几点基本认识

露天矿滑坡,地下平巷围岩失稳和地面塌陷是矿山三大主要地质灾害或岩土工程问题。据优势面的分析观点,它们是受优势断裂或优势面控制的。采用专家判断,机制分析和定量模型相结合进行研究是行之有效的研究方法。本文还对优势面的几个基本原理也作了介绍。即:1.按系统研究的观点进行系统性分析;2.内外动力相结合进行分析;3.灾害形成和演化的双重机制观点;4.危害度与决策分析;5.优势面减灾防灾观点。     

平顶山矿区构造环境对煤与瓦斯突出的控制作用

运用板块构造和地质动力区划理论,研究了平顶山矿区地形地貌和构造演化特征,得出了平顶山矿区地质构造的形成机制和空间分布特征。研究表明,平顶山矿区多次受秦岭造山带由南向北的挤压、剪切作用,形成了以郏县正断层、襄郏正断层、鲁叶正断层为界的四周凹陷带。平顶山矿区中部凸起,全局俯视呈“N”字形地貌,具备发生煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的构造环境。利用地质动力区划方法,划分的Ⅲ级活动断裂和Ⅳ级活动断裂,从区域性的尺度上控制了井田煤与瓦斯突出的宏观分布特征,Ⅴ级活动断裂决定了煤与瓦斯突出的局部分布特征。对十二矿井田划分了4个构造分区,控制着十二矿煤与瓦斯突出动力灾害的发生。     

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....     

断裂滑移型岩爆风险评价和预警方法研究现状

地下工程需要频繁穿越地质构造区域,断裂滑移型岩爆频发,严重威胁地下工程结构的稳定和安全。为了揭示断裂滑移型岩爆诱发致灾机理,本文系统分析了触发断裂滑移型岩爆的地质构造条件、时空孕育特征、扰动触发机理、风险评价指标和预警方法等。研究结果表明:断裂滑移型岩爆多发生于含软弱结构面或层理面的地质构造带附近,岩体硬性结构面可以在一定程度内控制岩爆爆坑边界;断裂滑移型岩爆在临界失稳触发阶段存在典型的时空前兆特征,声发射(微震)监测参数在临界滑移失稳阶段存在“相对平静期”破坏前兆,红外热像温度存在短暂异常后随即迅速消失的破坏前兆;岩体内部天然层理面等缺陷结构为触发断裂滑移型岩爆提供了地质构造条件,巷道开挖和掘进等为触发断裂滑移型岩爆提供了滑移失稳空间,外界动力扰动等为触发断裂滑移型岩爆提供了诱发条件。     

断层气体测量在大柳树坝址区断裂活动性研究中的应用

本文系采用氡气等测量方法,对黄河黑山峡大柳树坝址区内的断裂进行了断层气体测量.进而对该区内8条典型测量成果剖面作了解释分析,并对该区内断裂活动强弱顺序及活动水平等有关断裂活动性问题进行了分析评价.     

趋势面分析法在温泉地气异常圈定中的应用

以广东省重阳镇暖水村温泉地气探测试验数据为例,研究该区地气元素的空间分布规律。对温泉上方地气测量获得的Co、Ni、Cd等元素含量进行趋势面分析,利用趋势面函数计算其剩余值,圈定温泉的地气异常。结果表明,趋势面分析法可以应用于圈定温泉地气场,通过地气场推断出释放热能的隐伏断裂通道,为寻找高温泉眼提供依据。     

动力扰动诱发顶板断裂的数值模拟分析

顶板突然断裂时易诱发冲击矿压灾害,造成重大伤亡事故.为了研究顶板突发断裂的诱导因素,采用FLAC3D软件的动力学模块分析了动力扰动对顶板稳定性和断裂规律的影响,以及不同扰动强度下顶板破坏规律.结果表明,动力扰动造成顶板剪切破坏,在煤壁上方形成剪切带,从而易导致顶板突发剪切断裂破坏,增大了发生顶板灾害的可能性.且随着扰动峰值增加,扰动破坏影响强度和影响范围都显著增大.结论对制定合理的顶板灾害预防措施有着重要指导作用.     

构造区域应力场与煤与瓦斯突出区域预测

以地质动力区划方法划分的Ⅴ级活动断裂为构造格架,结合地应力测量,进行区域构造应力场数值模拟,从而确定区域岩体应力分布规律。结果表明:煤矿区域原岩应力分布状态主要受断裂构造的支配,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布,从而在时间和空间上制约着煤与瓦斯突出的区域性分布。并对矿井开采所引起的煤与瓦斯突出危险性作出评估和预测,拓宽了煤与瓦斯突出预测途径。     

口泉断裂与同忻井田强矿压显现的关系

通过对口泉断裂的几何学、运动学和动力学的分析,确定了口泉断裂的活动特征和应力状态。在此基础上利用FLAC 3D 数值计算方法分析了口泉断裂两侧地块煤岩体的构造应力空间分布特征,并与同忻井田强矿压显现特征进行了对比分析。研究表明：口泉断裂在区域构造应力作用下活动性更强,更容易发生失稳;同忻井田位于口泉断裂活动性最强的中段,围岩及煤层中存在不均匀的、较高的构造应力,聚集了相对较高的弹性能量,决定了矿山压力显现的区域性分布。口泉断裂是同忻井田产生强矿压显现的地质动力因素,对井田矿压显现具有重要影响。     

菱锌矿晶体各向异性与表面性质研究

通过密度泛函理论和断裂键理论,研究了菱锌矿化学键特性和断裂键各向异性,确定了常见解理面。结果表明,菱锌矿晶体中Zn-O键强度低于C-O键,解理时优先发生Zn-O键断裂。菱锌矿各晶面只有Zn-O断裂时,断裂键密度与表面能正相关,但当C-O键和Zn-O键不均等断裂时断裂键密度与表面能不存在对应关系。表面能和断裂键密度证明（104）面、（018）面和（214）面是菱锌矿最常见解理面,且（018）面和（214）面Zn位点活性大于（104）面。分析还得出菱锌矿和钙镁碳酸盐脉石矿物（方解石、白云石）常见解理面活性位点空间排布规律相似,表面金属位点的化学性质差异是实现三种矿物分选、筛选高效药剂的重要依据。      

孤岛工作面采动电磁辐射响应规律研究

梁北煤矿11061工作面是一个典型的孤岛工作面,且其他邻近工作面多次出现过动力灾害,因此,在111061工作面回采过程中,进行了电磁辐射监测,分析了回风巷、胶带运输巷和工作面回采初期和中后期的电磁辐射变化规律,发现回采初期电磁辐射水平整体较低,中后期工作面进入全孤岛开采,电磁辐射水平较高;电磁辐射随时间响应能明确反映周期来压过程,周期来压之前,电磁辐射持续升高,顶板断裂,压力释放,电磁辐射随之降低。     

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。     

基于分形理论的煤与瓦斯突出区域预测研究

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,由于突出的复杂性,目前存在不同的侧重点和观点.大量事实证明,瓦斯突出是受地质条件控制的.以分形理论为基础,对潘一矿V级断裂构造图进行分形研究,用分维值表示区域断裂构造系统的复杂程度,据此最后划分了突出危险区、突出威胁区和无突出危险区.     

阜新盆地构造应力场演化对煤与瓦斯突出的控制

阜新盆地是中燕山期(J₃-K₁)断陷盆地.盆地内断裂构造主要有北北东、北东、北西西、北北西和近南北向.盆地内主要褶皱构造呈北东向雁列式排列.位于盆地内的阜新矿区煤与瓦斯突出灾害频繁发生.研究认为，构造应力场多期演化使得大多数断裂历经了多期活动，对应不同的力学性质和位移方式.构造应力场的多期演化对局部构造应力、构造煤和瓦斯赋存的分布具有重要影响.在现今北西西向构造应力场作用下，盆地内北北东向、南北向和近南北向构造由于受垂直走向的挤压应力作用，形成应力集中带，渗透率降低，瓦斯保存较好，成为动力灾害多发地带；而北西西向构造相对受拉张应力作用，瓦斯易于逸散，动力灾害程度相对较低.北东向、北西向构造发生动力灾害的危险程度介于二者之间.