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。

我国煤矿矿震发生机理及治理现状与难题

随着我国煤矿开采深度和开采强度不断增加,煤矿矿震以前所未有的频度和强度展现出来,引起政府部门和社会民众的广泛关注。在政府倡导及科研人员积极探索下,我国在矿震致灾机理研究与工程治理实践方面取得了一系列重要进展,在正确认识矿震现象与矿震灾害防控方面取得了长足进步。总结了矿震发生现状,基于我国煤矿矿震研究成果,系统阐述了矿震发生机理、破坏效应、防治技术等方面研究进展与主要难题。结论如下:矿震发生条件复杂,诸多学者从不同角度给出了矿震的定义与分类,总结前人研究后笔者从狭义和广义方面提出了矿震定义,根据矿震发生后的现象及发生机理对矿震进行了分类;矿震致灾现象普遍存在于矿山开采活动中,世界主要采矿国家均有记录,矿震灾害的专业预防与治理已刻不容缓;我国矿震的专业治理起步较晚,但近年来国家部委、省市以及地方管理机关陆续颁布关于矿震防范的规章制度,有力提升了我国矿震灾害治理和应急处置能力;总结了我国煤矿矿震宏观触发机制包括煤柱失稳诱发矿震、顶板破断运动诱发矿震以及断层错动滑移诱发矿震,矿震微观破裂机制包括震源张拉破裂、震源内爆破裂以及震源剪切破裂;从矿震震源参量、震动波传播衰减规律以及震动波扰动情况等方面探讨了矿震的致灾效应,归纳了矿震对井上下的扰动致灾评估方法;以源头防控为宗旨,以精准预防为方针,概括了我国煤矿矿震治理现状与难题。当前,我国煤矿矿震依然存在“震源找不准、灾害控不住”等难题,亟待深入研究矿震孕育发生机理、破坏效应及防控技术方法,以保障煤炭绿色安全高效开采,支撑国家深部资源开发和能源安全战略。

矿山系统地压研究——重大地压灾害的创新研究策略

针对矿区灾难地压、民采老采空区地压灾害、特大及重大事故隐患区、深采矿区岩爆诱发等 4类急待解决的地压控制重大难题 ,提出了“系统地压研究”的创新思维模式 :1)从现象学的宏观破坏特征研究 ,提出了以“暗空场”为中心的“系统地压” ;2 )通过地压主控因素剖析 ,由“暗空场破坏”界定“系统地压类别” ;3 )研究作用机制 ,确定系统地压研究的框图 ;4)暗空场破坏规律创新研究 ,确定新型计算公式与体系 ;5 )确定矿山“系统地压”研究的分析、监测、控制策略方法。高峰矿地压灾害控制研究的“系统地压研究”策略的成功实施 ,为新的重大地压灾害难题研究开创了成功先例 ,可普遍推广应用。

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。

重复采动引发矿震的机理探讨及灾害控制

基于重复采动下巨厚岩层失稳仍引发大能量矿震的特点,通过分析重复开采中上覆岩层的冒落和移动规律,研究巨厚岩层关键块体的结构形态、在不同区域的受力情况以及断裂失稳特点,得出重复采动引发矿震的机理:一是采高增加造成采空区上方顶板"活化",导致原铰接平衡岩层结构发生滑落或剪切失稳,引发矿震;二是顶板岩层移动线外扩,导致边界区域岩层在平面和高度方向活动范围增加,造成高应力集中区巨厚岩层大范围失稳,引发强烈矿震。依据矿震诱发冲击机理,通过优化工作面开采设计、降低对危险区域的扰动和优化巷道围岩结构强度,有效地保证了被解放层采场的作业安全,实现了"有震、无灾"的控制目标。