深部采煤上覆关键层破断诱发矿震特征研究

随着煤炭开采深度的增加,强矿震频发,严重威胁着井下矿工和地面居民的安全,影响矿山生产力和开采效益。基于岩层运动关键层理论和矿震监测技术,研究东滩煤矿深部煤层开采过程中强矿震分布及演化规律,以及煤层开采导致上覆多关键层协同运移破断特征和诱发矿震的能量传播规律。结果表明,深部煤矿开采初期矿震大多集中在低位岩层,随着工作面的推进,矿震逐渐向高位岩层转移,高位厚硬岩层是强矿震的主要孕育、发生基地。深部煤层上覆往往孕育多层关键层,煤层采动易造成上覆多关键层协同断裂运动。随着破断岩层总厚度逐渐变大,岩层中积聚的弹性应变能被瞬间释放而诱发矿震。工作面回采后,关键层断裂一般会以“O-X”形式呈现,形成“O-X”型破断的范围由下向上逐渐增大,形成的破断结构亦有主亚之分。研究结果对类似条件下深部煤矿工作面的安全、高效开采具有借鉴意义。

基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出:复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17%、31.07%、33.69%、57.14%,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。