巨厚坚硬岩层运动诱发动力灾害机理研究

巨厚坚硬岩层运动诱发动力灾害机理研究

巨厚坚硬岩层的运动规律决定了采区或工作面的矿山压力显现规律,尤其在具有动力灾害的深部矿井。本论文以矿山压力理论、覆岩空间结构理论、弹塑性力学和矿山动力灾害理论为基础,综合应用数值模拟、地球物理技术(微震监测)、应力动态在线监测和地表岩移观测等技术,研究了巨厚坚硬岩层运动规律及其失稳的力学机理、覆岩空间结构演化特征、采动应力场发展趋势、动力灾害的发生机理和监测预警机理,取得了以下主要结论：(1)通过理论分析巨厚坚硬岩层连续开采过程中,“O-S-O”型覆岩空间结构的演化规律。提出了覆岩空间结构演化过程中水平应力的转移和集中是巨厚坚硬岩层断裂和失稳的主要原因。(2)以滕东煤矿为研究背景,应用数值模拟分析了开采中上覆岩层塑性破坏过程、不同开采阶段巨厚坚硬岩层的水平应力变化过程和巨厚坚硬岩层失稳前后采动应力场的

分布形态；提出了巨厚坚硬岩层失稳前后采动应力场存在区域性应力突降的规律。

依据巨厚坚硬岩层失稳前后采场应力的变化规律,分析了自发型和矿震诱发型冲击地压的发生机理。(3)提出了依据巨厚坚硬岩层失稳过程和致灾机理设计冲击危险性监测预警系统的方法。应用高精度微震监测系统追踪岩层破裂轨迹,分析覆岩震动场的空间演化过程：应用应力动态监测覆岩空间结构演化过程中采动应力场的发展趋势：应用地表岩移观测分析地表下沉量和下沉速度变化特征,以及与井下动力灾害的关系,实现动力灾害孕灾过程的监测和针对性防治。(4)

根据巨厚坚硬岩层失稳前后引发采场应力区域性突降现象,提出了一种矿震诱发型冲击地压的临场预警机制和方案。

通过现场试用,得出此预警方法的关键参数,填补了工作面冲击地压临场预

警方法的空白(一般5分钟以内)。(5)揭示了重复开采中巨厚坚硬岩层运动引起矿震的机理。提出了巨厚坚硬岩层下重复开采发生矿震的主要原因,是重复开采后采高增加导致冒落高度增加,最终诱发高位岩层结构再次失稳,从而诱发动力

现象；同时,采高增加导致岩层移动线外扩,高位巨厚坚硬岩层悬露范围扩大,直至失稳而诱发矿震。