正断层活化诱发冲击地压危险性研究

采用FLAC3.03D数值模拟软件,以接触面单元模拟断层上下盘构造关系,模拟在正断层地质构造下,工作面从断层下盘向断层面推进过程中,矿山压力分布规律以及断层带位移变化规律。研究结果表明,在正断层地质构造下,下盘工作面推进过程中,距断层面距离不断减小,断层带位移发生变化;断层面上应力变化受采动影响活化范围在断层面前方40 m处,剪切应力与法向应力随工作面的推进逐渐增大,剪切应力变化高于法向应力,距离断层面越近,诱发冲击危险性增大。     

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。     

老虎台矿巷道断层冲击地压数值模拟研究

结合抚顺老虎台煤矿的实际,对深埋巷道断层冲击地压进行了数值模拟研究。模拟结果表明,深开采活动越接近断层,断层处集中的应力就越大,随着应力不断积累,当达到煤体极限强度时,就会通过喷射等方式释放其积累的弹性能,从而诱发断层冲击地压。通过对老虎台矿断层冲击地压的机理和特点的研究,提出了断层冲击地压的预防措施。     

采动影响对断层冲击危险性的数值模拟分析

针对多断层工作面开采易发生冲击地压的问题,以山东某矿3110工作面现场资料为例,运用FLAC3D数值模拟软件对采动影响下断层冲击地压危险性进行了研究,监测并分析了工作面推进过程中断层最大主应力、弹性应变能分布和断层滑移量变化规律,为断层冲击地压灾害防治提供了理论依据。     

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。     

大型逆冲断层区域冲击地压频发地质原因分析

为了厘清义马煤田南部F16大型逆冲断层区域冲击地压频发的地质原因,分析了义马盆地和F16逆冲断层的演化过程,研究了F16逆冲断层的构造应力场,并通过建立义马煤田数值模型,计算了煤田竖向应力、剪应力和水平应力等,构造应力场分析和数值计算结果表明,义马煤田地应力以水平应力为主,最大主应力方向为南北向,南北向的水平应力导致义马煤田南部F16逆冲断层和义马向斜轴部区域坚硬岩层发生错断、弯曲变形,积聚了大量弯曲弹性能,煤岩体应力高度集中,加之“两硬夹一软”的特殊的煤岩体结构,在采掘扰动作用下,顶底板坚硬岩层中所积聚的应力在煤层、煤矸互叠层等软弱区域释放,导致该区域冲击地压事件频发。     

采动影响下断层活化规律及其诱发冲击地压的防治

断层的存在导致了煤岩层的不连续及应力变化的不连续。根据微震监测结果分析了采动影响下断层延展长度、落差、走向及强度等对断层活化规律的影响。基于断层活化规律,提出了断层构造型冲击地压防治的基本原则。     

深井巷道断层对冲击地压的影响分析

以星村煤矿3302运输巷掘进工作面为研究背景,采用FLAC^3D数值模拟分析的方法,分别模拟了3302运输巷距离断层60、50、40、30、20、10 m时围岩的应力分布情况。通过对距离断层不同位置时的深井巷道围岩应力变化情况进行分析,研究了断层对掘进工作面影响的应力分布规律,从而得出掘进工作面开采时周围煤岩体受断层影响的规律,即距断层越近,应力集中现象越明显,煤岩聚集的弹性能越大,发生冲击地压的危险性就越大。采取相应的卸压措施后,现场监测数据表明,冲击地压防治措施在实际生产过程中具有较好的卸压效果。     

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。     

采动影响下断层冲击危险数值模拟

为了研究采动影响下断层带附近应力演化规律,以山东鲁西矿区某矿地质资料为背景,基于FLAC3D数值模拟软件和正交试验方法,依次模拟了断层倾角为30°、45°、60°、75°和断层落差为6、10、20、30 m等工况下断层带附近应力峰值的演化规律。结果表明,开切眼布置在上盘开采时断层带附近的应力集中程度远大于下盘开采,并且应力峰值随着断层倾角和落差的增大而增大,当断层倾角为75°,落差为30 m时,支承压力峰值达到了47.3 MPa,并且随着工作面推进过程中距离断层越近,煤壁前方支承应力越大,其冲击危险程度也越高。     

断层冲击地压发生机理研究

为得到断层冲击地压的发生机理,以义马矿区F16断层为研究对象,采用相似模拟和数值模拟的研究手段,研究了开采扰动诱发断层冲击地压的过程,提出了断层滑移失稳的敏感性指标,揭示了断层冲击地压发生的原因。结果表明:按照开采扰动程度的不同将断层冲击地压的过程划分为3个阶段:断层开始活化、断层剧烈活化和断层冲击显现。剪应力和正应力比值作为断层滑移失稳的敏感性指标,可以建立断层应力场和断层活动状态之间的联系;当应力比降低时,滑移速度较小,几乎为0;当应力比开始升高时,滑移速度出现波动并逐渐增大;当应力比达到最大值时,断层滑移速度突变,断层滑移失稳,断层冲击地压发生。采动引起覆岩破坏是断层冲击地压发生的直接原因,开采扰动导致断层应力场改变是冲击地压发生的根本原因。     

断层对顶板型冲击矿压的影响

为了研究断层附近冲击矿压发生规律,必须了解断层附近顶板运动特征.本文分析了顶板运动对冲击矿压的作用,采用"砌体梁"理论研究了断层倾向对顶板平衡结构的影响.以济三煤矿6303面地质资料为背景,通过FLAC5.02D软件建立了相应的分析模型,模拟了煤层开采过程中断层对顶板运动的影响.结果表明:无论工作面是由断层下盘向断层推进,还是由断层上盘向断层推进,随着工作面距断层面距离的缩小,顶板稳定性变差.当工作面由断层下盘向断层推进时,在采动影响下断层易"活化",顶板岩体利用断裂结构面发生滑移、回转和破坏失稳,从而导致顶板型冲击矿压.当工作面从断层上盘向断层推进时,顶板岩体易于形成平衡结构,顶板下沉量较小,顶板运动较为平缓,断层冲击矿压的危险性就会小的多.通过对比分析,可确定当工作面从正断层下盘向断层推进时冲击矿压的危险性远高于工作面从上盘向断层推进时的危险性.     

褶曲翼部诱发冲击地压的力学分析

在深部煤层中进行回采期间,受采动活动的影响,褶曲两翼区域极易出现能量积聚现象,具有人为诱发冲击的潜在危险。通过对回采工作面过褶曲构造期间区内强矿震显现的分析,从岩石力学角度对向斜构造区域内的聚能诱因进行研究,分析其力学成因与诱发机理,为后期相关工作面的回采防冲提供参考。通过分析,可以得知褶曲构造的两翼部分,垂直应力与水平应力均属于压应力,应力集中程度相对较高,易聚集较高能量;采掘影响区域内煤岩体能量在整体趋势上随时间不断波动。     

岩爆有关问题的研究现状

从岩爆形成机制、岩爆的特点及烈度分级、岩爆的预测方法和岩爆的防治措施等方面进行综合分析,较为系统地阐述了岩爆有关问题的研究现状.     

深部岩体工程岩爆灾害的事故树分析

通过深入分析深部岩体工程发生岩爆灾害的各种影响因素,利用事故树分析方法找出导致岩爆灾害的最小割集,并对其结构重要度进行分析。结果表明,岩爆灾害是基于高地应力完整硬脆岩体中发生的,岩爆灾害的发生受多因素影响,具有易发性。在目前岩爆机理的研究基础上,通过增强施工安全意识,对防治岩爆灾害的发生起主导作用。研究结果为进一步提高岩爆灾害防治与控制措施提供依据。     

应力波扰动诱发冲击矿压数值模拟研究

采用非连续离散元软件UDEC,对应力波扰动诱发冲击矿压形成发生全过程、巷道埋深H及扰动应力强度P,max对围岩稳定性的影响进行了有效的数值模拟,得到了巷道围岩在应力波扰动过程中响应速率、响应变形及岩体破损范围大小,以及发生冲击矿压的临界深度和临界扰动应力强度值.结果表明:扰动应力波是引起围岩裂隙延伸贯通,继而诱发冲击矿压的重要因素;围岩埋深条件及扰动应力波的强度决定了巷道围岩裂隙发展影响区域及形态,并最终影响到冲击地压发生与否.研究结果对揭示煤矿冲击矿压的诱发机理具有重要意义.     

煤矿冲击地压风险分析与控制技术

以煤矿冲击地压为研究对象,将风险管理的相关理论应用到煤矿开采过程中,对事故风险的定义、冲击地压风险事故机理和预防控制措施等方面进行了研究。将事故风险定义为在正常的生产过程中某一客观存在或某项活动具有导致安全生产系统发生事故的可能性及其事故损失的组合,并给出了相应的函数表达式。在此基础上,根据冲击地压的特点与煤层开采之间的关系,将引发冲击地压的风险因素分为开采深度、地质构造、煤岩特性等自然风险和开采技术、组织管理等人为风险2大类,构建了煤矿冲击地压风险事故致因模式,提出了相应的风险控制对策。     

基于微震监测和多因素耦合法的冲压危险性研究

针对冲击地压影响因素多样性而难以准确评价的问题,在某一工作面开采前期采用多因素耦合法,对煤岩结构、地质结构、覆岩空间结构运动和预留煤柱等5个影响因素的可能影响范围和程度进行危险性分析;并划分出工作面的危险区域及其程度;最后,在开采过程中采用微震监测的方法分析5个因素所影响的区域,并分别进行验证;结果证明运用微震监测和多因素耦合理论进行分析,可以有效地实现对冲击地压的预测预警。