东滩煤矿地垒断层型矿震发生机制及监测分析

摘要

矿产资源在国民经济与社会发展中是不可替代的,但对其开采所带来的矿山灾害也是无法回避的现实。断层矿震多发生在采掘活动接近断层时,受采矿活动影响而使断层突然破裂错动。这类矿震释放能量多、震级大、震源深、破坏力度较大等特征。兖州矿区矿井开采深度、范围逐步增加,矿山压力显现日益严重。从2001年6月到2007年3月,东滩煤矿在不同地点发生了5次灾害性矿震。本文根据东滩煤矿多次发生的矿震现象分析,皆以构造应力作为主导驱动力,断层组之间形成地垒构造作为蕴育、发震体,且人类采掘活动引起震源生成、发展。从1305典型工作面的地质条件和开采实际出发,通过现场调研、解析分析及数值模拟等方法,重点研究地垒构造型矿震的发生机制及监测。基于弹性剪切梁确定了顶板最大等效剪力所在位置,得到了顶板初次垮落步距的计算公式。将弹塑性剪切梁模型用于分析存在地垒断层的采场顶板初次来压和周期来压,当最大等效剪力达到断层剪切极限值时,断层错动,释放能量,发生矿震。通过对数值模拟结果分析,当1305工作面开采接近地垒断层时受到构造应力或者老顶断裂震动并伴随大量能量的释放、采煤机割煤扰动,从而导致矿震的发生。采用微震监测系统对工作面过断层时的矿震活动规律进行了重点分区监测,得出b值与同期矿震释放的总能量有较好的负相关性。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。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 问题的提出及研究的意义

1.2 矿震研究现状

1.2.1 矿震机理研究现状

1.2.2 矿震监测技术研究

1.2.3 断层矿震研究现状

1.2.4 目前研究存在的主要问题

1.3 研究内容与研究方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

2 地垒断层型矿震理论研究

2.1 基于剪切梁的地垒断层影响顶板平衡结构解析分析

2.1.1 剪切梁基本理论模型

2.1.2 弹性剪切梁

2.1.3 弹塑性剪切梁

2.2 实例分析

2.3 本章小结

3 地垒断层型矿震数值模拟研究

3.1 地垒断层型矿震数值模拟

3.1.1 1305 综放工作面基本情况

3.1.2 1305 综放工作面剖面模型

3.2 数值模拟结果分析

3.2.1 顶板来压数值模拟

3.2.2 地垒断层对工作面支承压力和释放能量的影响

3.3 本章小结

4 微震法监测矿震原理及技术

4.1 微震监测的基本原理

4.1.2 矿震前兆信息变化规律

4.1.3 矿震发生时震动波传播规律

4.2 微震监测系统监测网布置与优化

4.3 微震监测的集中度区域划分

4.4 微震法监测矿震数据分析处理

4.4.1 微震监测数据的后处理

4.4.2 根据微震信号波形分析判别矿震类型

4.4.3 根据断层周围微震事件时空分布预报矿震

4.4.4 根据微震事件空间分布确定矿震震源层位

4.5 本章小结

5 回采过程中地垒断层型错动微震监测

5.1 回采过程中地垒断层型错动微震信号分析

5.2 b 值分析

5.3 1305 工作面关键层运动与矿震事件的关系

5.4 顶板初次来压微震监测预报

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 今后工作展望

参考文献

作者简历

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