联合震源破裂信息反演解析巨厚覆岩强矿震应力触发机制

煤炭学报
网络首发时间：2024-06-29 10:09:10

作者

杨耀曹安业刘耀琪白贤栖王常彬薛成春王强
单位

中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室
摘要

蒙陕矿区白垩系志丹群巨厚覆岩不整合沉积环境下，深部开采导致引起地表震感的强矿震频发，已严重制约矿区高效生产。为解决矿区内强矿震震源破裂信息挖掘不准确、内部应力触发机制不明晰造成矿震灾害防控效果不理想的难题，笔者以矿区内某矿典型强矿震频发工作面为研究背景，在初步探明地层岩移特征基础上，通过主成分分析预处理提取波形有效成分，结合混合矩张量反演方法筛选合理震源机制解，修正应力反演模型、优化应力反演算法，联合震源破裂信息反演了强矿震发生前后覆岩应力场分布特征，引入不稳定系数评估了覆岩运移状态，定量解析了强矿震应力触发机制。结果表明，主成分分析方法能够快速提取井下复杂波形有效信息，应用于矩张量反演可显著降低波形理论振幅与预测振幅间误差，保证获取用于应力反演的震源破裂信息的准确度；改进后的应力反演算法满足典型张拉、压缩及复合破裂模式震源反演要求，将主应力方向、应力形因子等误差评估系数由改进前的60%降低至20%以下，验证了改进算法应用于煤矿开采复杂破裂模式震源应力场反演的合理性；强矿震孕育过程中，最大主应力相对其他主应力显著增大且作用方位转变为近似竖向方向，最大主应力偏转对诱发巨厚覆岩强矿震起控制作用，覆岩结构破断失稳与主应力场状态变化相互影响，其竖向单轴挤压作用导致巨厚覆岩剧烈运动并瞬时断裂释放大量弹性能是强矿震频发的主要原因。研究结论可为从应力调控方面实现源头弱化减震提供理论支撑。
关键词

矿震破裂信息巨厚覆岩应力反演触发机制
文章目录

1 工程概况
1.1 地层开采条件
1.2 震源分布与岩移规律
2 基于主成分分析的震源机制反演
2.1 波形主成分提取
2.2 矩张量分解及表示
3 联合震源群破裂信息的应力反演
3.1 应力反演模型修正
3.2 应力反演误差分析
4 巨厚覆岩强矿震应力触发机制
4.1 震源应力场孕育特征
4.2 强矿震应力触发机制
5 结论