逆断层上下盘开采冲击危险性模拟及实验研究

为得出断层冲击地压发生的危险性,以耿村煤矿为背景,借助数值模拟、相似模拟实验等手段研究了逆断层上、下盘开采时应力变化及断层活化过程。建立数值模型,将工作面布置在上盘,研究了工作面开采时断层面不同位置应力及滑移量变化,得出了工作面距断层80～10m范围内的活化程度及冲击地压危险性;将工作面布置在下盘,研究了开采过程中断层面应力分布及变形量演化规律;借助相似模拟实验,研究了逆断层下盘开采时断层面位移变化及断层活化过程,通过对两种手段研究结果的对比分析,表明逆断层下盘开采时断层活化的危险性高于上盘开采,当工作面距断层10m时最易导致断层的活化并诱发冲击地压的发生,活化区域为煤层顶板以上20～30m范围。本研究为工作面开采过程冲击地压的防治提供了理论依据。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

采掘诱发断层冲击地压的能量判据及监测

建立了断层冲击地压发生模型,将断层冲击地压的发生看作是静载荷和动载荷的叠加耦合作用,结合冲击地压启动理论和弹性波理论,推导了采掘诱发断层冲击地压发生的能量判据。结合实际工程实例,采用微震监测技术观测某矿1302工作面的微震活动,结果表明微震能够监测到采动应力和断层活化情况,为工作面冲击危险区的确定提供可靠帮助。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。     

某矿103_下04工作面冲击地压灾害区域划分及治理

某矿井开采的3下煤层埋深约520 m,为防止工作面发生大面积冲击灾害,以该矿103下04工作面为工程背景,首先分析了该工作面具有冲击地压危险的区域,将该工作面冲击地压灾害区域划分为一般冲击危险性区域、弱冲击危险性区域;然后根据冲击威胁程度分别制定了断层区域、煤层厚度变化区域、褶曲构造区域的冲击灾害防治措施。研究表明:对103下04工作面危险区域采用钻孔卸压措施对于防治工作面冲击地压灾害有一定的成效,可供类似矿山工作面冲击地压治理参考。     

不同断层倾角下采场冲击危险性数值模拟研究

以红岭煤矿F505正断层为工程背景,采用理论分析、数值模拟方法,对不同断层倾角条件下沿断层走向回采采场的冲击地压危险性进行分析,比较了不同断层倾角条件下采场的冲击危险程度及诱发因素。研究结果表明:随着断层倾角的增大,上、下盘工作面采空区断层煤柱应力集中程度明显增加,其中,下盘断层煤柱应力集中程度增加更明显;工作面超前支承应力分布呈现非对称性,且断层侧应力峰值更高;下盘工作面回采的基本顶位置断层滑移量明显大于上盘工作面回采的断层滑移量,断层倾角越小,基本顶位置断层滑移量越大,采场容易发生动载型冲击事故。提出了工作面不同开采条件下采场冲击地压的防治措施,可为断层影响区域工作面的安全回采提供指导。     

断层影响下不规则孤岛煤柱工作面防冲技术研究

以山东某矿孤岛煤柱工作面的地质条件为研究背景,通过对孤岛工作面冲击地压的发生条件进行分析,深入研究了孤岛煤柱在断层切割影响下的应力分布形态。断层的存在加大了工作面回采时的应力集中程度,增加了冲击地压的发生几率。根据理论分析结果,分别采用爆破卸压和大直径钻孔卸压等技术对工作面的不同冲击危险区域进行了综合防治,降低了煤体的应力集中,得到了较好的防治效果,保证了工作面的顺利回采。     

深部开采逆断层对冲击地压的诱导机制

基于逆断层形成机制,理论分析了逆断层周围的地应力环境,并以义马F16逆冲断层为工程背景,建立了其圆弧形态断层面的简化力学模型,得到了临近断层带两盘一定范围的应力分布特征;通过相似模拟实验观测了断层活化-失稳阶段对工作面冲击的物理过程,研究了冲击前后断层滑移与煤层应力变化规律;应用三维精细化数值模拟技术并结合现场实践,分析了临近F16逆冲断层典型冲击地压案例,揭示其发生的受力特征。综上研究表明:当上覆坚硬岩层阻挡软弱煤岩体沿断层面向上逆冲滑动时,临近断层带的坚硬煤岩体会产生应力集中,并在断层两盘一定范围内出现应力升高;临近断层回采过程中煤体所受的超前支承压力、断层支承压力、两盘失稳滑落对煤体冲击以及断层突然失稳破坏所产生的高能应力波会随着工作面与断层距离不同而产生不同的作用效果,按其一种或几种的叠加作用效果将逆断层诱发的冲击地压分为构造应力模式、断层活化模式与断层失稳滑动模式。从逆断层带地应力环境、采动影响下临近断层煤体受力特征与采动影响下断层活化-失稳滑动对工作面动载冲击效应方面,系统地揭示了逆断层对冲击地压的诱导机制,为逆断层诱发的冲击地压预警与防治提供参考。     

断层构造失稳突变诱发冲击地压机制研究

为研究断层区域附近发生冲击地压的机理,分析了断层倾角、断层切向刚度、侧压系数和水平构造应力等地质因素对断层面应力场演化和滑移量突变的影响特征,总结了断层瞬时失稳诱发冲击地压的前兆信息。结果表明,工作面回采过程中断层面上切应力和滑移量随断层倾角先增大后减小。当断层倾角为45°时,断层面上切应力和滑移量最大;断层切应力随断层切向刚度和侧压力系数的增加而增大;水平构造应力作用下,当工作面距前方断层30 m内,断层面上切应力最低。工作面过断层时对断层扰动极大,断层切应力激增。在距离达到5 m时,断层滑移速率绝对值突增,滑移量陡增,为滑移突变危险区域。因此,当断层面上切应力或滑移量在逐渐降低过程中突然激增可作为冲击地压发生的前兆信息。