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

1、沖擊礦壓是煤礦煤巖動力災(zāi)害之一，主要發(fā)生在煤柱高應(yīng)力區(qū)、堅硬頂板工作面、斷層帶附近和褶曲構(gòu)造區(qū)，其中斷層帶附近的沖擊礦壓較為復(fù)雜和嚴(yán)重。論文綜合采用理論分析、數(shù)值仿真、物理力學(xué)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(yù)警、及其監(jiān)測與防治工程實踐的理論與技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　試驗、理論及數(shù)值仿真結(jié)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(cè)壓系數(shù)密切相關(guān)，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(chǎn)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(chǎn)生超低摩擦效應(yīng)，并且最小主應(yīng)力方向的動載應(yīng)力波擾動作用比最大主應(yīng)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(jìn)程進(jìn)而引起斷層活化，而且還可觸發(fā)比預(yù)期應(yīng)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(chǎn)

3、生的“反彈”和“壓縮”效應(yīng)以及動載應(yīng)力波對斷層應(yīng)力狀態(tài)的改變產(chǎn)生影響；頂板砌體梁結(jié)構(gòu)存在時斷層煤柱上極限應(yīng)力可達(dá)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(jī)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(chǎn)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(jié)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(zhì)應(yīng)變損傷軟化本構(gòu)模型，開展了非均質(zhì)煤巖材料的聲發(fā)射數(shù)值試驗，揭示出材料的非均質(zhì)性是煤巖體破壞之前產(chǎn)生前兆的根源；分別從小尺度實驗室標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步結(jié)合沖擊礦壓存在前兆信息的力學(xué)基礎(chǔ)，揭示出微震監(jiān)測預(yù)警斷層沖擊礦壓的可行性。
　　構(gòu)建了“一中心，四變化，五指標(biāo)”的微震多參量時空監(jiān)測預(yù)警體系

5、指導(dǎo)思想，指出斷層沖擊礦壓的微震多參量監(jiān)測應(yīng)以沖擊礦壓存在前兆的根源—煤巖材料的非均質(zhì)性為中心，監(jiān)測內(nèi)因—煤巖變形的局部化、外因—煤巖體內(nèi)地球物理場變化、損傷與能量釋放的周期變化和震源機(jī)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(zhì)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(jī)制—波形信息五類指標(biāo)。
　　基于斷層沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理，總結(jié)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(jìn)煤礦和甘肅寶積