斷層型沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理及其監(jiān)測預警研究.pdf

1、沖擊礦壓是煤礦煤巖動力災害之一，主要發(fā)生在煤柱高應力區(qū)、堅硬頂板工作面、斷層帶附近和褶曲構造區(qū)，其中斷層帶附近的沖擊礦壓較為復雜和嚴重。論文綜合采用理論分析、數(shù)值仿真、物理力學試驗、相似模擬試驗、數(shù)值試驗與工程實踐等手段，對斷層沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理、多尺度前兆信息識別、微震多參量時空監(jiān)測預警、及其監(jiān)測與防治工程實踐的理論與技術進行了系統(tǒng)研究。
　　試驗、理論及數(shù)值仿真結果表明：靜載作用下的斷層活化存在上行和下行解鎖兩種形式

2、，并與斷層摩擦系數(shù)、傾角、圍巖強度等特征參數(shù)以及側壓系數(shù)密切相關，純靜載作用下的斷層一般處于閉鎖狀態(tài)，且以斷層圍巖產生等效劈裂破壞為主；動載作用下的斷層容易在某一時刻產生超低摩擦效應，并且最小主應力方向的動載應力波擾動作用比最大主應力方向更為顯著，不僅更容易改變斷層的受力狀態(tài)及其活動進程進而引起斷層活化，而且還可觸發(fā)比預期應力降更大的錯動；斷層區(qū)域頂板的承載能力大大減弱，且工作面在上盤開采時的承載能力要強于下盤開采，同時頂板破斷過程中產

3、生的“反彈”和“壓縮”效應以及動載應力波對斷層應力狀態(tài)的改變產生影響；頂板砌體梁結構存在時斷層煤柱上極限應力可達7.93倍的頂板單軸抗壓強度，足夠使煤柱瞬間發(fā)生失穩(wěn)破壞。
　　研究提出了“一擾動，兩載荷，三對象，四類型”的斷層沖擊礦壓動靜載疊加作用機理，指出斷層帶附近的沖擊礦壓是煤礦采掘活動擾動引起，是由斷層和頂板相互作用產生的動載與煤柱靜載兩種載荷疊加誘發(fā)，是斷層、頂板和煤柱相互作用的結果，具體存在斷層活化型、頂板破斷失穩(wěn)型、煤

4、柱破壞型和耦合失穩(wěn)型四種。
　　建立了非均質應變損傷軟化本構模型，開展了非均質煤巖材料的聲發(fā)射數(shù)值試驗，揭示出材料的非均質性是煤巖體破壞之前產生前兆的根源；分別從小尺度實驗室標準煤巖樣和中尺度相似材料模型的聲發(fā)射實驗以及大尺度礦山開采的微震監(jiān)測角度，辨識出斷層沖擊礦壓的前兆信息，進一步結合沖擊礦壓存在前兆信息的力學基礎，揭示出微震監(jiān)測預警斷層沖擊礦壓的可行性。
　　構建了“一中心，四變化，五指標”的微震多參量時空監(jiān)測預警體系

5、指導思想，指出斷層沖擊礦壓的微震多參量監(jiān)測應以沖擊礦壓存在前兆的根源—煤巖材料的非均質性為中心，監(jiān)測內因—煤巖變形的局部化、外因—煤巖體內地球物理場變化、損傷與能量釋放的周期變化和震源機制變化四種前兆信息，包括微震活動性多維信息、周圍環(huán)境介質特性信息、變形能孕育過程信息、非線性混沌分形信息和震源機制—波形信息五類指標。
　　基于斷層沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理，總結了斷層沖擊礦壓的監(jiān)測與防治思路，具體針對河南義馬躍進煤礦和甘肅寶積