褶皱构造区厚煤层开采应力演化与冲击矿压孕育规律研究

摘要

冲击矿压是煤矿典型的煤岩动力灾害，目前褶皱构造区厚煤层开采冲击矿压与强矿震孕育规律、诱冲机理仍不明晰。本文以西北厚煤层褶皱构造区为例，采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法，统计分析了褶皱几何展布和煤厚相变特征，系统分析了褶皱形成及褶皱构造区厚煤层开采阶段应力分布与转移规律，研究了褶皱构造区矿震活动规律与震源机制。
　　本研究主要内容包括：⑴调研分析了甘肃华亭、陕西彬长、陕西永陇等矿区褶皱几何展布及煤厚相变特征，结果表明，该区域褶皱长宽比率介于0.78~2.03，褶皱横剖面最大曲率小于0.04，曲率比不超过1.4，89%的褶曲横剖面翼间角大于150°，以平缓纵弯褶皱为主，基本呈穹或盆分布。⑵基于上述褶皱几何展布特征统计构建了FLAC3D蠕变模型，系统研究了褶皱几何展布、煤岩层厚度和属性等因素影响下的地应力分布和能量积聚规律，结果表明，煤岩层属性对褶皱应力分布、能量积聚影响最大，其次是岩层厚度，而后是褶皱弯曲程度和煤层厚度，通过判识影响因素敏感性，揭示了厚煤层褶皱形成过程中各因素作用差异，构建了冲击危险函数。⑶分析了褶皱构造区厚煤层开采采动应力调整和能量耗散规律，得出工作面采动影响下，向斜轴部能量增加区集中分布在工作面前方煤层底板，而背斜轴部集中分布在工作面前后煤层区域；随留底煤厚减小，向斜轴部应力集中层位由底板岩层向煤层下分层转移，背斜轴部由煤层下分层向底板岩层转移。⑷优化了震源机制远场位移和震源破裂面产状求解方法，进行强矿震震源机制矩张量反演，系统分析了褶皱构造区厚煤层开采强矿震震源破裂类型、震源破裂面参量、地震矩等震学参量，结果表明，褶皱构造区冲击矿压和强矿震震源以拉张破裂为主，震源矩张量以非双力偶部分占主导，初步揭示了褶皱构造区厚煤层开采强矿震孕育规律。⑸选取典型的褶皱构造区厚煤层开采工作面进行现场实践，基于地应力实测数据构建FLAC3D高仿真数值模型，分析了褶皱构造区地应力和强矿震分布特点，通过地震学视应力反演，揭示了褶皱构造区采场应力演化规律。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义(Research Backgrounds and Significance)

1.2 国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3 主要研究内容(Research Contents and Methodlogy)

1.4 主要研究路线及方法(Research Methodlogy)

2 褶皱构造区厚煤层展布特征统计分析

2.1 引言(Introduction)

2.2 褶皱成因分析(Analysis of Fold Formation)

2.3 褶皱几何形态统计分析(Statistic Analysis of Fold Morpgology)

2.4 褶皱构造区煤厚相变分析(Coal Thickness Variation in Fold)

2.5 小结(Summary)

3 厚煤层褶皱构造区地应力分布及能量积聚规律分析

3.1 引言(Introduction)

3.2 FLAC3D数值模型设置( Numerical Model Setting in FLAC3D)

3.3 褶皱构造区地应力影响因素分析(Impacts of In-situ Stress in Fold Region)

3.4 褶皱构造区能量积聚规律分析(Energy Pooling Law in Fold Region)

3.5 褶皱构造形成过程影响因素敏感性分析(Sensitivity Analysis of Impacts of Fold Formation)

3.6 小结(Summary)

4 褶皱构造区厚煤层开采应力调整和能量耗散规律分析

4.1 引言(Introduction)

4.2 褶皱构造区厚煤层开采应力调整规律（ Stress Transfer Law Caused by Thick Coal Seam Mining in Fold Region）

4.3 褶皱构造区厚煤层开采能量耗散规律（Energy Dissipation Law Caused by Thick Coal Seam Mining in Fold Region）

4.4 小结(Summary)

5 褶皱构造区厚煤层开采冲击矿压与强矿震震源机制反演

5.1 引言（Introduction）

5.2 矿震震源机制矩张量反演原理（ Principles of Seismic Moment tensor Inversion）

5.3 褶皱构造区厚煤层开采典型冲击矿压与强矿震震源机制统计分析（Statistical Analysis of Focal Mechanism of Typical Rock Burst and High-energy Tremors Caused by Thick Coal Seam Mining in Fold Region）

5.4 小结（Summary）

6 褶皱构造区厚煤层开采应力与强矿震演化实例研究

6.1 引言（Introduction）

6.2 实例1 — 砚北煤矿（Illustration 1, Yan-bei Coal Mine）

6.3 实例2— 胡家河煤矿（Illustration 2, Hu-jiahe Coal Mine）

6.4 褶皱构造区厚煤层开采强矿震监测预警与防治对策（Forecasting and Control Method of High-energy Tremor Caused by Thick Coal Seam Mining in Fold Area）

6.5 小结（Summary）

7 结论与展望

7.1 研究结论(Main Conclusions)

7.2 研究展望(Future Research)

参考文献

作者简历

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