褶曲构造带附近掘进巷道矿震规律研究

通过分析胡家河矿微震监测系统,研究了褶曲构造带附近的巷道掘进过程中的矿震时空分布规律,同时详细分析了褶曲构造区域典型的强矿震的特征,进一步对矿震的活动提出控制手段。研究表明:褶曲构造区内的矿震发生机理主要以构造应力和采动影响共同作用下导致的,矿震主要分布在A4背斜轴部两侧180 m范围内;高能量的矿震在能量释放时,具有突然爆发的特点,其震动波速度会在极短的时间内由较低的平稳状态徒增至较高的状态;降低掘进速度、弱化煤岩体等可以有效控制矿震的活动。     

综放工作面开采过程的矿震规律研究

以某煤矿SOS微震监测系统的监测数据为基础,运用数理统计和线形拟合的方法分类统计不同开采速度下不同能量级别的矿震的次数、震动能量,研究了综放工作面开采活动和矿震活动的相关性。研究结果表明:矿山震动是矿山开采的直接产物,低能量矿震的次数、能量与开采速度呈近线性正相关,而高能量矿震与开采速度呈非线性关系。开采速度越快,低能量矿震的震动次数和能量越高,而且相对高的能量成分所占比例显著增加。从而提出控制开采速度可以控制低能量矿震发生次数和释放能量,慢匀速开采能有效地减少矿震发生的次数。     

兖州矿区深部开采大能量矿震规律和发生机理研究

兖州煤田矿井在回采的过程中,发生了多起大能量矿震事件,影响了井下的正常生产。通过研究原岩应力重塑影响下断层应力和能量的演化规律,进而对原岩应力破坏重塑后诱发断层构造型矿震过程进行了解释,最终揭示了原岩应力和构造应力耦合作用下矿震发生机理。     

鹤岗矿区矿震发生类型、原因及诱冲机制

矿震主要发生在井下,具有突发性、连锁反应的特点,给井下安全生产带来很大危害,也对地面设施构成破坏和威胁。冲击地压是矿震的一种形式,每一次冲击地压的发生都与岩体震动有关。矿震诱发的冲击地压灾害是鹤岗矿区主要灾害之一,统计分析鹤岗矿区权属矿井发生的数十起冲击地压及伴随的矿震,可分为煤体应力型矿震、煤柱失稳型矿震、构造诱发型矿震和厚硬顶板断裂型矿震,不同类型矿震产生的原因及其诱发冲击地压机制各不相同。矿震形成的动载是冲击地压发生的重要力源,动载扰动对煤岩体的致裂、闭锁作用以及与煤岩体自身的静载共同作用诱发煤岩系统发生冲击破坏。     

不规则孤岛工作面开采矿震活动规律研究

以徐庄煤矿7197不规则孤岛工作面为研究对象,采用数值模拟方法,系统分析了7197工作面回采期间采场应力的演化规律,并结合不同回采阶段下4次方以上能级矿震的活动规律,分析得到以下结论:工作面回采前高应力集中主要发生三角煤柱边角区域,应力集中程度约为原岩应力的2~3倍;数值模拟分析得到材料道侧煤体应力集中程度要高于溜子道,但实际受断层构造和工作面孤岛结构的影响,溜子道的冲击危险性可能更高;通过大能量矿震活动规律分析可知,回采期间断层构造的影响是冲击危险防治的重点;大能量矿震显现区域与模拟高应力区呈现很好的对应性,回采期间应针对高应力区及时进行卸压解危。     

构造逐级控制下范各庄矿瓦斯赋存特征研究

基于构造逐级控制理论,阐明了不同级别构造对范各庄矿瓦斯赋存的控制作用:区域构造运动及演化奠定了范各庄矿为瓦斯矿井的构造背景和矿井瓦斯赋存东低西高分布规律的基础;矿区构造确定了矿井煤层瓦斯含量随埋深增大而升高的分布规律;矿井级别构造控制矿井瓦斯赋存规律。     

地垒构造区域内工作面矿震发生规律研究

为深刻揭示和总结地垒构造区矿震规律的特殊性,以东滩煤矿1305工作面为研究对象,采用力学计算、数值模拟和微震监测相结合的方法,分析地垒构造区垂直应力二次分布,微震信号反映出矿震的影响。结果表明:工作面开采距离EF93断层距离84 m和35 m时,EF93断层和EF32断层相继发生错动,容易诱发矿震;微震监测和数值模拟叠加结果显示出震源在工作面前方和采空区后方积聚,且主要集中在顶板硬岩和应力升高区,开采距离EF93断层80 m时,断层错动诱发高能矿震,验证了力学计算结果;地垒构造区开采震动能量和频次都升高,断层活化是影响震动增强的主因;地震活性系数b值与震动能量呈负相关性,大震发生之前往往经历"小震密集-平静-大震发生"的过程。     

工作面过褶曲时微震活动规律研究

在煤矿的地质灾害构造中,褶曲构造是常常出现的,它是岩层在水平应力挤压下形成的,在高应力状态下褶曲内部聚集了大量的弹性能,当工作面过褶曲时,破坏了褶曲内部原来的应力状态,这必然导致矿震的发生。冲击矿压和矿山震动总是相伴而生,作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行。结合山寨矿微震系统监测到的矿震数据,通过对褶曲的力学分析和对波形的时谱分析,研究了工作面在过褶曲时的矿震活动规律。     

某矿2502采区冲击类型及其防治

2502采区250205上工作面回采5煤层,基本顶为坚硬稳定的粉砂岩,平均厚度12m左右;底板为胶结致密的中粗砂岩,平均厚度13m左右。其冲击特点是,工作面处于褶曲构造之中,回采初期处于向斜西翼,受到构造应力的强烈作用;中后期处于背斜轴部,构造应力影响明显减弱,顶板运动与冲击关系紧密。在冲击矿压发生后,巷道两帮没有鼓出,以底鼓为主,强烈冲击时伴有顶板下沉,但顶板没有断裂。冲击发生时震动剧烈,有震歪或压坏支柱和震断十字铰接顶梁现象。以此,可以确定该区域发生的冲击矿压为构造型(冲击型)冲击矿压为主的构造煤层型(冲击压力型)。对于此类冲击矿压,可采用煤体爆破卸压、煤岩体预注水和切顶爆破等3种措施解危。     

断裂应力场模拟分析与应用

采用岩石破坏过程分析系统（RFPA^2D），通过对断裂应力场数值模拟分析，表明构造应力场条件下含断裂岩体的声发射的能量最大值和累计值都远大于重力场，说明构造应力场条件下岩体应力大大高于重力场，通过对北票矿区浅源地震的分析，认为现今构造应力场和断裂对矿震等地质动力灾害的发生起控制作用，一般来说，断裂的活动性及应力场性质不同，地质动力灾害发生的强度和频度也不同，图4，表2，参6。     

构造应力下坚硬底板冲击地压机理分析

在存在向斜地质构造的区域进行煤炭开采,水平构造应力往往远超过垂直应力,并对底板型冲击地压的发生起着至关重要的作用.坚硬底板由于其强度高,抗变形能力强,易于积聚大量的弹性弯曲变形能.构造应力的作用为冲击地压的发生提供了必要的力源条件,而坚硬底板的存在则保证了大量弹性变形能的储存,二者的结合促使发生底鼓型冲击地压.     

煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制

为实现对褶皱构造区冲击矿压震源机制的有效分析,基于震源机制矩张量反演方法,在优化震动波远场位移及破裂面产状求解方法的基础上,对甘肃华亭矿区砚北煤矿250204工作面回采期间冲击矿压震源破裂类型、破裂面产状及视应力等地震学参量进行系统分析,揭示了砚北煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制。研究结果表明:工作面回采扰动影响下,褶皱构造区冲击矿压震源破裂类型以拉张破裂为主,其矩张量以非双力偶部分占主导,表现为水平挤压构造应力、超前支承压力共同作用下煤岩体的应力释放;震源破裂面产状有明显分化趋势,小倾角(35°)震源破裂面走向多垂直工作面推进方向,而大倾角(35°)震源破裂面走向多平行于工作面推进方向且倾向实体煤一侧;褶皱构造区冲击矿压震源辐射能量和地震矩基本分布在一包络线内,随震源辐射能量增大,其地震矩大小分布更加集中;通过震源视应力计算,得到了回采扰动下工作面及其周边应力演化情况,与冲击矿压震源时空分布及巷道冲击显现结果基本吻合。     

Long range rockburst prediction: A seismological approach

Rockbursts are one of the most dreadful operational hazards of mining. While it is not possible to eliminate them from deeper level mining, the risk of their occurrence and consequential losses can be minimized if the spatio-temporal occurrence of the impending rockburst can be predicted. This paper describes an empirical approach for predicting rockbursts in a mining ensemble with a lead time of 6 months, based on the analysis of past seismic data of rockbursts. The steps involved are the seismic zonation of the mine, analysis of the stress regime for finding out their migration pattern, and the number-size distribution of the past rockbursts in each zone. The projected rockburst figure matches the ones actually recorded with an accuracy of 70–80%. Even the projected location of future rockburst activity falls in line with the recorded ones. This approach is discussed with reference to the rockbursts recorded in the Champion Reef mine of the Kolar Gold Fields of India.     

冲击地压分类防治体系研究与应用

针对煤矿冲击地压类型复杂、治理技术缺乏针对性等问题,提出了以"分类治理"为核心思想的冲击地压"分类-评价-解危-预警-检验-支护-管理""七模块"治理技术体系。通过对矿井采深、地层条件、煤层条件、构造条件、开采方法和边界条件进行分析,提出了以8种不同的外部力源类型和10种典型巷道围岩结构形式两两组合的"深井冲击地压综合分类方法";在分类基础上对冲击地压的评价、解危、预警、检验、支护和管理技术进行了分析和优选。"七模块"冲击地压治理技术体系在山东能源集团新巨龙煤矿等矿井的成功应用,可为冲击地压矿井的安全开采提供借鉴。     

Gravitational and tectonic stresses in anisotropic rock with irregular topography

An analytical method is presented to predict stresses in rock masses with smooth and irregular topographies formed by the superposition of multiple long and symmetric ridges and valleys. The rock masses are subject to gravity, uniaxial tectonic horizontal compression or tension acting normal to the ridge and valley axis, or to combined gravitational and tectonic loadings. The method can be applied to ridges and valleys of realistic shape, in generally anisotropic, orthotropic, transversely isotropic, or nearly isotropic rock masses. Numerical examples are presented to show the nature of the in situ stress field in transversely isotropic rock masses with different symmetric and asymmetric topographies under gravitational loading, uniaxial tectonic horizontal loading, or combined gravitational and tectonic loading. Under gravity alone, it is shown that non-zero horizontal compressive stresses exceeding the vertical stress develop at and near ridge crests, and that horizontal tensile stresses develop under isolated valleys. Addition of a horizontal uniaxial compression to gravity increases slightly the horizontal compression at the crest of ridges and diminishes the horizontal tension in valley bottoms. Addition of the horizontal tectonic stress has little effect on the magnitude of the vertical stress.     

开滦矿区煤岩动力灾害的构造应力环境

运用空心包体地应力测量方法进行了开滦矿区地应力测试,系统分析了开滦矿区地应力场的类型、作用特征及其与区域构造的关系,在此基础上分析了开滦矿区煤与瓦斯突出、冲击地压和底板突水等煤岩动力灾害与矿区地应力场之间的内在关系。研究表明开滦矿区地应力场属于大地动力场,地应力以水平构造应力为主导,且属于高应力区。矿区地应力场的量值和方位受开平向斜的控制,开平向斜轴部区域应力值最高,随着远离轴部,应力值逐渐降低;最大主应力方位与开平向斜轴部走向近似垂直。构造应力场对开滦矿区煤体结构、瓦斯参数、煤体渗透特性等具有控制作用,开滦矿区煤与瓦斯突出和冲击地压发生在地应力值最高的开平向斜轴部区域,底板突水发生在地应力最低的开平向斜翼部区域。开滦矿区煤岩动力灾害具有统一的构造应力环境。     

基于支承压力估算的合理开切眼位置确定方法

针对开切眼附近冲击地压事故,通过理论研究和现场勘查,探索了开切眼附近冲击地压发生的原因,提出了基于支承压力估算的合理开切眼平面位置确定方法。研究结果表明：开切眼布置在上覆岩层自重应力、采空区传递应力、构造应力等叠加区域内,叠加应力超过煤岩体冲击临界值是导致发生冲击的主要原因。基于现场微地震实测数据剖面分析,估算了关键岩层的断裂角。结合覆岩空间结构,建立了支承压力估算模型,估算了叠加总应力,并绘制了支承压力分布曲线。以动应力比d=σ/σc为冲击危险性判断标准,根据经验d值,在支承压力影响范围内划分冲击危险区,指导合理开切眼平面位置或现场防冲强度的确定。研究成果经河南某矿现场应用,效果良好。     

弓长岭井下矿地应力现场实测及应用

为掌握弓长岭井下矿的地应力赋存状态,采用实现完全温度补偿并考虑岩体非线性的地应力测量技术,对弓长岭井下矿3个水平3个测点进行了地应力现场实测,利用Lab VIEW编制的地应力计算程序对测量结果进行分析。3个测点的地应力赋存状态:(1)每个测点均有2个主应力接近水平方向,另1个主应力接近垂直方向;(2)3个测点的最大主应力均为最大水平主应力,垂直主应力为最小主应力,说明矿区地应力场以水平构造应力为主导;(3)3个测点最大水平主应力的走向总体上为南东东—北西西方向;(4)最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力均随深度呈增长关系。地应力测量结果在弓长岭井下矿的应用主要有3个方面:(1)巷道走向应根据矿山的工程地质条件和采矿生产作业的要求,尽可能与最大主应力方向一致(113.96°);(2)提供数值分析必需的力学边界条件;(3)为弓长岭井下矿预测岩爆发生的地点和级别提供了可能。     

冲击地压与区域构造应力环境相关性及其应变响应特征

为探明灾源体及其与周边相关区域构造应力环境之间的协同机制和作用机理,在华亭矿区建立了针对冲击地压监测的钻孔应变观测系统,并观测到了矿区内较大规模冲击事件和若干次天然地震的应变响应。实测表明,构造型冲击地压孕育及诱发过程所涉及的地层尺度要远大于传统的采场和采动影响范围;冲击地压引发的钻孔应变同震响应呈"阶跃"和"振荡"2种模式,冲击规模、观测点与震源的距离不同,响应模式也不同;灾源体与相关区域地层之间存在着"链式"相关机制;对天然地震的观测结果与之类似;初步验证了通过开采扰动的区域应力或应变效应观测来探索冲击地压孕育机理的可行性。     

不同构造部位地应力对压裂裂缝形态的控制

针对压裂裂缝形态的传统方法主要根据煤岩性质进行判识,未考虑构造力对其控制作用的影响,以沁水盆地中、南部的晋城矿区西部为例,以水力压裂施工中破裂压力、停泵压力等数据为基础,结合水力压裂测量地应力原理,计算出不同构造部位水平最小、最大应力和垂直应力;应用多元回归分析方法得出回归函数;根据回归函数确定出不同构造部位水平缝和垂直缝转化的临界深度.与传统经验方法相比,判识的可靠度更高.