地垒断层型矿震监测分析

为更有效地预防矿井掘进工作面过地垒断层期间矿震事故的发生,采用微震监测系统对工作面过地垒断层时的矿震活动规律进行了重点分区监测分析.当工作面接近地垒断层时,断层发生错动,矿井矿震活动频繁.当工作面处于断层线时,矿震震动能量和震动次数急剧升高.当工作面离开断层时,震动能量和震动次数迅速降低,维持在较低水平.     

综放工作面采动诱发逆断层张剪失稳特征及矿震活动规律分析

由于综放工作面开采空间大,对周边煤岩体扰动强烈,易引发断层构造活化,进而诱发大能量矿震导致冲击地压灾害,基于赵楼煤矿1303综放工作面生产和地质条件,理论分析了工作面回采对断层构造扰动影响的主控因素。采用相似模拟方法分析了断层构造错动滑移时空演化特征,并统计分析了工作面采动实际矿震震源活动演化规律。结果表明:逆断层下盘工作面回采,断层面发生张拉离层和剪切滑动的主控因素为表征开采扰动垂直作用力Pv和水平作用力Ph的比值k、表征断层几何特性的断层倾角θ、以及表征断层力学特性的内摩擦角φ;工作面开采首先引发覆岩低层位断层岩块滑动,并随工作面与断层面距离的减小逐渐向高层位断层岩块扩展;断层诱发矿震需满足断层产生滑动失稳且滑动表现为黏滑两个条件。工作面矿震活动规律:采空区范围越大,矿震活动越剧烈;矿震震源丛集于采空区区域,且随工作面推进向前方及高层位岩层转移。对1303工作面矿震事件影响程度:Fd96断层张剪失稳采空区覆岩破断运动FZ14断层张剪失稳。     

开采扰动下断层面库仑应力及诱发矿震时空演化特征

为研究煤矿开采扰动下断层面库仑应力演化特征及诱发矿震时空分布规律,基于赵楼矿1303综放工作面生产地质条件,理论分析了断层面库仑应力影响因素,采用数值模拟及岩石力学试验方法,探讨了逆断层下盘工作面向断层开采过程中,断层面不同位置库仑应力变化规律,并分析了现场矿震监测数据时间统计特征及震源空间分布规律。结果表明:开采扰动因素σx,σy,τxy(等于τyx),断层倾角θ及断层面摩擦因数μ综合决定了断层面库仑应力f,当开采扰动及断层摩擦因数确定时,取df/dθ=0可确定断层活化失稳最危险角;断层构造破坏了采动应力扰动圈的对称性及位移扰动圈的连续性;岩石力学试验及数值模拟结果均表明沿断层面岩层高位点先于低位点受到采动影响,且过断层前随断层与工作面距离减少,断层面活化失稳危险先升高后降低;工作面过断层前后,矿震日震动频次由20次/d上升至35次/d,而日震动平均能量由22 kJ下降至4 kJ,表明工作面过断层前高能量矿震较多,对围岩扰动剧烈,过断层后扰动较平缓;同时工作面过断层前后,断层面上矿震震源集中区由高层位岩层向低层位岩层转移。     

深井巷道过断层群期间微震规律分析

为更有效地预防深部矿井掘进工作面过断层群期间冲击矿压事故的发生,采用微震监测系统对断层群区域煤岩体内微震活动进行了全时段监测。基于微震活动在能量释放与震动频次方面的变化特征,分析了断块活动聚集能量对冲击矿压的诱发影响,以及断层群区域人为采掘扰动影响下的微震活动变化规律。结果表明:断层群构造区域微震活动具有较高的不稳定性,随着掘进工作面逐渐临近,区域内每日震动释放总能量值起伏波动逐渐增大,最大能量值呈现快速攀升趋势;强烈微震活动发生前有一段弱震活动时期,弱震活动为强震再次发生起到蓄能作用。     

矿井工作面回采对微震活动的影响研究

为有效揭示煤矿工作面矿震、冲击地压灾害的发生规律。结合东滩煤矿微震监测的震动能量、频次特征,工作面开采速度特征以及采动应力分布特征,研究了矿井工作面的回采参数对微震分布的影响规律。结果表明,工作面回采速度增加,大能量矿震爆发的非线性特征增强,工作面开采速度大于4m/d时,工作面发生冲击地压可能性大大增加,匀慢速回采是降低大能量矿震事件爆发有效途径;大能量矿震爆发的周期特性在东滩煤矿43上13工作面表现为100m大周期内包含50m的小周期;大能量矿震爆发与工作面整体应力环境正相关,周期来压、工作面“见方”时段为大能量矿震频发时段。     

正断层上盘开采断层附近应力时空分布数值模拟

采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中，断层上测点的数量较少，以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且，针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力（支承压力），而对其它应力尚缺乏了解。为研究采动条件下断层附近应力时空分布，采用FLAC3D建立了正断层上盘开采的数值模型。模型中共包括13个岩层和1个45°倾角的正断层，通过计算获得了工作面从断层上盘推进过程中断层各处及附近煤层应力的时空分布规律。监测了断层上盘断层上的22个节点以获取断层各处力学状态全貌。研究发现，在工作面推进过程中，断层上存在1个压紧区及1个或多个松动区；断层上的压紧区较为安全，压紧区上、下方松动区的正应力越来越低，当工作面邻近断层时该区的断层区段多趋于危险，该区范围最大为78 m；断层上盘煤层紧邻工作面煤壁的垂直、水平和切应力峰值分别位于煤壁前方7.5～10.5、10.5～15.5和11.5～12.5 m；断层下盘煤层3种应力最大值均上升或有上升趋势。当工作面煤壁距断层的水平距离由40 m减小至20 m时，断层上盘煤层垂直、水平和切应力受断层影响较显著的区域通常分别在距断...     

深井工作面向地垒构造开采煤岩体采动响应特征

地垒构造为影响安全开采的重要因素，为分析工作面过地垒构造开采时两盘覆岩的运动规律及工作面前方支承应力的演化特征和断层活化规律，基于UDEC数值模拟软件进行研究。结果表明：工作面接近地垒构造时，上覆岩层向采空区发生回转，易引起断层活化滑移；工作面在地垒构造中，若煤体上方基本顶无法形成铰接结构，易引发断层煤柱失稳破坏煤体；由数值模拟可知，上盘工作面开采影响大于下盘工作面影响，其影响主要表现为断层冲击地压诱发影响开采范围大、断层滑移诱发冲击地压的危险性高。研究明确了地垒构造对地下工程作业的影响规律。     

倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理

采空区遗留煤柱支撑顶板导致厚硬关键层悬顶面积大幅增大,形成的“煤柱-关键层”结构失稳是诱发矿震和冲击地压灾害的主要原因。以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06矿震频发工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、微震监测和现场调研等方法,研究了“采空区遗留煤柱-关键层”组成的覆岩空间结构特征,分析了采空区遗留煤柱应力演化规律和关键层力学结构特性,建立了非对称覆岩空间结构下采空区遗留煤柱应力分布估算模型和倾斜关键层极限跨度计算力学模型,揭示了倾斜厚煤层综放工作面“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生机理：采空区遗留煤柱支撑顶板形成“煤柱-关键层”结构,随着工作面开采范围增大,煤柱应力集中程度不断增加,当煤柱集中应力超过其极限承载能力发生失稳时,悬露关键层长度超过其极限跨度,发生破断失稳并诱发矿震和冲击地压灾害。据此建立了包含遗留煤柱整体失稳冲击倾向性指数和关键层极限跨距的“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生判别准则,并采用数值模拟和微震监测进行了验证。按照“有震无灾”的防治原则,提出了“煤柱-关键层”结构下工作面“减震-防冲”的技术措施,分析了工作面推采速度与大能量微震事件的关系,确立了降低工作面矿震能量...     

临近断层孤岛面开采动力显现机理与震动波CT动态预警

为探究临近断层处孤岛工作面开采时断层煤柱的受力状态与动力显现的发生机理,理论分析了某矿7192工作面的覆岩结构及其运移规律,探讨了由断层错动导致的工作面动力显现及强矿震的发生机理,利用震动波CT技术对工作面冲击危险性进行动态预警。结果表明:1)工作面倾向覆岩结构将由以工作面煤体为承载主体的对称短臂"T"型结构转化为以断层煤柱为承载主体的非对称"T"型结构,走向上因工作面面长较短使中高位关键层出现较长悬顶,其上方为非对称"T"覆岩结构;2)工作面断层附近历次强矿震均受断层活动静止期影响,即矿震时隔越长,后续矿震能量越大;3)中高位关键层的突然破断与运动是工作面矿震活动的主要动力源,导致的断层煤柱承载能力失效使断层突然错动,产生的冲击动载与煤体高静载叠加诱发动力显现;4)震动波CT动态预警技术揭示了工作面区域的应力演化过程,且动力显现区域与强矿震位置也与反演结果吻合,证明了预警结果的可靠性。     

综放工作面过断层期间微震规律分析

为有效预防深部矿井综放工作面过断层期间冲击矿压事故的发生,采用SOS微震监测系统对断层区域煤岩体内微震活动进行全时连续监测,并分析统计在过断层期间微震活动发生的次数和能量释放的变化规律。结合数值模拟的手段,对综放工作面过断层期间微震活动规律在机理上进行理论分析。研究表明：断层等弱面地质构造具有较高的不稳定性,随着回采工作面的逐渐临近,区域内每日震动释放总能量值和震动次数的起伏波动逐渐增大;强烈微震活动发生前有一段弱震活动时期,为强震的发生积蓄了更多的能量。     

逆断层下盘工作面回采扰动引发断层活化特征的试验研究

为分析逆断层下盘工作面回采对断层面错动失稳影响,在双轴等压加载条件下,试验获得了逆断层下盘煤层回采扰动下断层活化失稳特征。结果表明:回采工作面围岩由内向外形成采动卸压区、支承升压区、原始应力区的动态演化将诱发断层构造错动活化,且逆断层构造更易受回采工作面扰动区影响;双向等压条件下逆断层下盘煤层开挖,垂直方向扰动与水平方向扰动载荷比由1逐渐增加至6,断层面发生离层或剪滑失稳的危险升高;断层构造面附近应变呈不均匀分布,且煤层处应变明显高于顶、底板岩层;煤层开挖引发的声发射事件84%能量分布在10-13~10-10 J,主要分布于煤层顶板岩层,且跨越断层面声发射事件较少,表明断层构造对应力扰动有阻断作用;开挖煤层与断层面交叉处是声发射事件集聚区域,发生错动失稳危险性较高。对比赵楼煤矿1303工作面实际矿震数据,矿震震源与试验声发射源空间分布特征具有一定相似性,佐证了类逆断层组合结构岩石试验方法的可行性。     

深部临空巨厚坚硬顶板断裂矿震规律及成因研究

为研究特厚煤层临空巨厚坚硬顶板断裂的矿震规律,以250105工作面实际工程地质及开采特征为研究背景,采用微震监测技术对矿震事件进行了定位和统计分析,得到了矿震事件多集中在工作面采空区侧及工作面前方0~100 m。同时,采用数值模拟,分析了不同开挖阶段工作面围岩的应力分布状态,得到了工作面前方20~90 m及靠近回风巷侧顶板岩层0~40 m均为应力高度集中区域。研究结果表明,250105工作面回采期间矿震事件主要集中分布在工作面前方及工作面临空侧,厚硬顶板的破断对矿震事件的诱发起主要控制作用。     

采掘影响下断层活化产生矿震的力源分析及微震监测

受煤矿采掘活动影响,断层活化运动产生的矿震能诱发冲击矿压灾害。采用数值模拟手段研究了采掘影响下断层面上应力的分布规律,并对微震监测数据进行分析。研究结果表明,断层两盘接触面上由于岩层软硬性质的差异,最大主应力值也相应发生变化,存在最大主应力梯度;当采掘活动与断层距离减小时,最大主应力和最大主应力梯度增大,这是断层活化产生矿震的力源。微震震源的时空分布变化也说明采掘活动与断层的距离越近,微震事件越频繁,微震分布也越集中于断层附近,且微震事件的能量也越大,冲击矿压发生的事实也验证了研究成果的合理性。     

远距离煤层群开采下山巷道震动显现成因

为探索远距离煤层群开采过程下山巷道异常震动显现的成因,基于高精度微震监测和现场调查,应用岩体破裂规律分析预测工具MapRAS分析矿震原因,用离散元数值试验工具UDEC分析巷道围岩动力响应规律,得到:工业广场保护煤柱及己二下山非采动区域频发矿震是工作面采动顶板关键层运移对煤柱边缘强剪应力带作用的结果,其作用的效应与开采深度呈正比,与采动影响距离呈反比。震动显现多发生在非采动直接影响的己二下山巷道围岩,这种异常现象与己组煤岩物理力学性质、3组工作面复合压力拱脚动态加卸载作用和矿震动力源影响距离有关。根据矿震震级、震动显现程度和数值试验岩体质点振动速率,提出了与现场实际基本相符的巷道围岩震动显现危险等级判据指标。使用微震频次,用傅里叶周期法反演的图像,可较敏感反映顶板关键层周期破断规律和相邻区段岩体动力响应的相关性。用UDEC数值试验,较好地揭示了工作面采动对己二下山围岩的影响规律。     

基于SOS微震监测系统的矿震规律研究

基于SOS微震监测系统,研究了鲍店煤矿矿震时间序列分布特征和空间演化规律.结果表明:①矿震频次及能量与工作面推进速度有密切关系,随着工作面推进速度的增加,矿震频次和能量呈线性增大;②随着工作面的推进,震源集中区域逐步往前移动、开采诱发的震动与采空区顶板断裂、冒落密切相关;③工作面开采不仅引起了地质构造带附近破碎岩层的不断冒落,还使得聚集在破碎带中的弹性应变能得以释放,易诱发岩层震动.     

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。     

冲击危险工作面转采期间微震活动规律研究

为探究工作面转采诱发的矿震规律,以山寨煤矿1104工作面实际工程地质为研究背景,采用微震监测技术为研究手段,从矿震的能量、频次与时间的关系和矿震的时空演化两方面分析了采动诱发的矿震规律。结果表明:当工作面推进至转交区域时,日震动能量和频次波动较大,整体应力值较高,冲击危险性急剧增加。     

解放层下深部复杂构造区震动波CT及时序预警技术研究

针对徐庄煤矿保护层开采下复杂地质构造区8331工作面回采时存在的高应力危险,通过震动波波速CT成像技术和冲击变形能时空短临监测技术,分析了保护层开采下复杂地质构造区工作面开采的矿震活动规律,建立了震动波CT成像探测的保护层开采下复杂地质构造区工作面回采期间的冲击危险性评价技术和冲击变形能监测预警指标,并指导完成现场实践。研究表明,上方保护层的开采降低了8331工作面的应力水平,但回采至断层构造区时,矿震活动仍然频繁,动压显现强烈。震动波CT成像探测技术和冲击变形能时空短临监测技术组合使用,能对8331工作面回采期间的高应力冲击危险区域及其冲击危险程度做出实时、定量评价和体现震源的时序变化趋势,对于大能量事件和能量事件密集区的监测预警效果较好。     

开采扰动下逆冲断层滑动面应力场演化特征

复杂地质构造与煤矿冲击地压关系密切,也是世界范围内煤矿安全开采的重要课题,断层滑移失稳诱发冲击地压的机理及前兆信息是煤炭安全高效开采的理论前提和重要保障。工作面开采扰动时,以断层滑动面上应力场演化特征为研究对象,通过相似模拟和数值模拟,研究断层滑移失稳时的前兆信息。以义马千秋矿21221工作面为工程背景,建立了F_(16)逆冲断层赋存条件下的水平加载相似材料模型,运用应力监测和声发射监测的手段,分析了开采扰动下断层滑动面切应力的动态演化特征,研究了工作面开采过程中断层面上声发射事件数的分布规律;通过建立断层赋存条件下的工作面开采的数值模型,研究了断层区域岩层裂隙发育情况,分析了断层滑移失稳时切应力分布和能量释放的动态演化特征;通过相似模拟和数值模拟中应力场、声发射和能量场的分布规律,总结了断层滑移失稳的前兆信息。研究结果表明:断层滑动面切应力和声发射分布特征表现出3个不同的阶段,即水平载荷施加阶段,工作面开采阶段和断层滑动失稳阶段。载荷施加阶段,断层滑动面不断积聚能量,声发射事件数激增;工作面开采过程中,断层频繁受开采扰动,正应力与切应力两者变化不同步。开采初期,正应力处于较大值而切应力较小。随着工作面的开采,正应力与切应力的变化情况相反,正应力逐渐降低,切应力逐步增大。工作面接近断层时,断层滑动面切应力表现为逐步降低的过程中陡然增加的特征;断层滑动前期,断层构造在失稳前仍然积聚大量应变能,声发射事件数出现较少或者缺失的现象;当岩层垮落诱发断层滑移失稳时,能量在不断释放;断层区域内声发射事件数则在近似恒定不变时突然激增。断层滑移失稳前声发射数较少或恒定不变与微震监测中的"缺震"现象较为吻合,即微震事件数在断层滑移失稳前或冲击地压发生前突然出现减少,发生后激增的现象。因此,断层滑动面应力和声发射事件数的激增变化特征可作为断层滑移失稳的前兆信息。     

综放孤岛工作面微震能量分形研究

为研究孤岛工作面开采引起的微震活动规律,提高煤岩动力灾害监测预警的时效性,以余吾煤矿N1202综采放顶煤孤岛工作面为工程背景,采用现场微震监测和理论分析的方法,从震源定位、能量、事件数及矩震级等方面,对工作面矿震发展过程的微震活动进行了研究,获得了微震信号的变化规律;引入分形理论,提出了微震活动的能量分形分析方法,验证了采动引起的微震能量分布具有分形特性,揭示了矿震发生过程的能量分形维数变化规律。研究结果显示:在整个监测期间,微震活动能量以中、高能量释放为主;矿震事件主要发生在超前工作面30～70m高应力集中区,靠近运输巷附近的顶底板和煤层中,矩震级为1.05级,能量释放大于10~8 J;在矿震发生前的"缺震"阶段,单日累计能量、矩震级、事件数及能量分形维数处于较低值,当单日累计能量、矩震级及分形维数开始增长到矿震当天会达到较高值,能量分形维数值越大,高能量释放的微震事件所占的比例会越多。