超前离层诱发矿震的机理及其微震特征

以华丰煤矿1612工作面为工程背景,通过对微震监测数据和现场情况分析,得到了超前离层诱发工作面下端多发矿震的认识.分析了超前离层诱发矿震的过程、微震特征,得到以下结论:采深大及工作面下平巷严重变形是超前离层形成及其诱发矿震的重要条件;微震事件分布具有明显的分区性,集中分布在下平巷两侧30 m范围内;该类矿震属于低位岩层断裂所致,其震级较低.最后,指出超前离层诱发的矿震是一种新的矿震类型,对于深部倾斜煤层开采,该类矿震较为突出.     

特厚煤层综放工作面矿震诱发机理及防控技术： 以龙王沟煤矿为例

针对陕蒙地区矿井普遍具有煤层埋深大、厚度大、顶板坚硬,开采过程中不易及时垮落,造成矿震现象频发等特点,以龙王沟煤矿特厚煤层综放工作面为工程背景,通过对典型厚硬顶板条件下矿压显现特征和主控因素的分析,采用理论分析、现场实测和工程实践相结合的方式对厚硬顶版破断型矿震诱发的因素和防控技术进行了探讨。认为工作面出现矿震现象主要是高位顶板坚硬岩层采后不易及时垮落等单一或多因素耦合作用影响,应力叠加传递造成的,关键应从两顺槽及回撤通道对工作面高位坚硬顶板进行处理,避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径,通过水力压裂等人工干预的方式改变来压步距,减少悬顶结构、提前释放能量,从源头上减弱矿震发生频次及危害程度,进而实现采场围岩稳定性控制,为坚硬顶板条件下矿震防治技术提供理论借鉴。     

矿震发生的粘滑失稳机理及其数值模拟

在煤岩体变形失稳破坏机理的基础上对矿震发生的机理.发生准则进行了研究.并对由于开采引发的矿震进行了数值模拟,从而可以对矿震问题进行定量化研究.     

胶结材料加载破坏的能量积聚与释放响应研究

为研究胶结材料在0.001 kN/s的速度缓慢加载达到峰值强度后出现的第二跌落特征,并伴随发生在第二跌落区出现的噪音分贝值的突增现象产生的原因,应用能量积聚与释放的总能量平衡理论,对胶结充填体轴向加载试验获取全应力应变曲线,并通过电子噪音测试设备测试加载过程中的噪音分贝值的大小,引入可表征试件全应力应变曲线的即时弹性模量与割线弹性模量比值,作为柔化正态张量和可表征试件不同等应变变化的应变能与总应变能比值作为应变能张量,通过柔化正态张量和应变能张量的变化大小,表征试件在能量积聚阶段和释放响应阶段的变化特点,特别是在第二跌落阶段的能量变化特点。同时通过噪音分贝测量方法试验,建立噪音分贝与试件能量释放大小之间的对应关系。研究结果表明,只要加载速度较小,达到0.001 kN/s左右时,胶结充填体才会出现明显的第二跌落区。通过电子噪音分贝测试第二跌落区破坏出现的噪音分贝突增15dB,相较常规加载多增加了10 dB以上。同时将这种缓慢加载方式应用在矿岩加载试验中,其加载破坏时的噪音分贝值突增更加明显,增加值达到20～35 dB。表明试件在近似等压受载环境下,更易积聚能量,并在破坏时以突然释放的形式释放,说明能量释放的强度是以前期积聚能量为前提的,这将有助于指导金属矿山采场高应力区评价,维护采场安全。     

基于构造物理模拟实验的正断层形成和演化过程

研究正断层的形成和演化过程不仅对厘清石油、天然气的聚散过程具有重要意义,而且可为断块油气藏等的高效开发提供理论依据.以鄂尔多斯盆地延长组正断层为原型开展构造物理模拟实验;通过高分辨率的粒子图像测速技术记录实验砂层变形速度、断层倾角、断层距离和应变能;划分正断层形成和演化阶段并从应变能角度分析正断层形成和演化特征.结果 表明:正断层开始形成后,断层破碎带区域最早破裂,上盘次之,其后为下盘;倾角随埋深加深有"多期递减"现象;明显断距最先在断层带上部出现,断距不断增大后断裂向断层带下部延展;断层带纵向上断距并不均等,断层带下部断裂程度明显大于上部,断距分布呈"双峰"特征.正断层形成和演化可划分为断层初始期、断层孕育期、断层形成期、断层稳定期,不同时期的应变能密度峰值差异为1～3个数量级.应变能的释放时间决定了断裂产生时机,应变能释放率决定了断裂规模,地层应变能的积累和释放是正断层形成和演化的主要内因.正断层形成后,残余了高应变能的上盘区域以多种形式逐渐释放应变能形成次生断层.文中提供了一种模拟正断层形成和演化的物理模拟实验方法,希望给石油地质工作者提供一点有益的启发.     

程潮铁矿岩爆倾向性分析及其能量预测

根据系统的工程地质调查,在对井下-430～-568m范围内岩样进行力学实验研究的基础上,采用RMR岩体分类方法和高地应力条件下适应性较好的Q系统,对深部围岩进行了工程分类,并分析了RMR、RQD与岩爆的关系. 认为程潮铁矿深部(-500m以下)岩体发生岩爆的可能性较大. 通过对矿区地应力分布规律的研究,探讨了矿区高应力环境对岩爆孕育的影响. 最后,通过对矿区采场三维有限元数值模拟,分析了深部开采矿岩能量分布规律,据此推断该矿岩爆临界深度在-500m水平. 从模拟结果可以看出:地应力环境受上部开采活动的影响,-500m水平应力明显增加,高于-533m水平;-533m水平以下,随着垂直深度增加,矿岩能量最大值逐渐增大.     

大断层控制采场水平应力演化与矿震关系研究

以河北某矿典型大断层控制采场为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实践等方法,探索大断层控制采场水平应力演化规律及其与矿震发生的关系,并提出相应的减震开采设计方法,建立关键层水平集中力近似估算模型。研究结果表明:开采覆岩破裂运动伴随水平应力释放和转移的演化过程,采场周围存在明显的水平应力"增压(载)区"和"卸压(载)区",持力层的水平应力集中主要来源于覆岩破裂区水平应力释放;水平集中力能够在顶板两端形成"反力矩",阻止其支承端部拉伸破坏并增加极限跨度,是形成关键层大范围悬顶和诱发强矿震的主要原因;采用"窄工作面+条带开采技术+合理开采强度"开采设计,能降低水平应力转移程度,从而实现控制顶板运动和矿震防控的目的。     

急斜煤层浅部矿震机理及防治

为了防治急斜煤层浅部综放开采出现的矿震灾害及深刻理解其机理,采用物理相似模拟实验进行了研究。研究结果表明,急斜煤层浅部矿震机理为单个煤柱失效后,进而引起采场煤柱连锁失稳,最终导致巨厚覆岩大面积垮落,产生矿震,其本质是空间结构失稳造成,由此提出"空间结构破坏型矿震"观点;结合生产实际,提出控制此类矿震的关键在于控制综放段上覆浮矸厚度,留设足够厚度的隔离煤柱和提前预爆破顶板的防治措施。     

岩石临界应变能释放率测试及其相关规律

利用Instron1342型电液伺服材料试验机,采用双扭常位移松弛试验对矿石、大理岩、二辉橄榄岩、花岗岩4组岩石的试件进行断裂力学参数测试,获得相应的临界应变能释放率.以试验数据为依据,分析这4组岩石的临界应变能释放率与弹性模量及抗压强度的关系.研究结果表明:随着弹性模量或抗压强度的增加,临界应变能释放率也相应增大,且呈很好的线性关系;所建立的关系可为由抗压强度估算临界应变能释放率提供依据与帮助.     

崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性分析

借助修正后的RMR方法对和睦山铁矿工程岩体进行了分级.分别采用厚跨比法、结构力学梁理论以及普氏拱理论对矿柱进行了研究,获得了嗣后采场破坏模型以及采场失稳演化过程.分析了采场尺寸、矿岩坚固性系数、抗拉强度以及内摩擦角对崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性的影响.通过极限平衡法建立了阶段嗣后充填法矿柱安全系数方程.研究结果表明:矿岩的坚固性系数和抗拉强度对顶板临界厚度影响明显;矿岩的内聚力对矿柱的安全系数影响最为显著.最后将上述结果应用到和睦山铁矿嗣后采场稳定性分析中,得到了块矿地带的采场顶板临界厚度和矿柱安全系数,并从理论角度分析19~#矿房跨塌的原因.