“煤矿复杂地质构造与典型动力灾害互馈机制”专栏

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“煤矿复杂地质构造与典型动力灾害互馈机制”专栏

来源：煤炭学报

专题来自于《煤炭学报》2023年08期，共3篇研究成果。

行业视野: 地质
类别; 15个
关键词; 19位
专家; 3篇
论文; 1137IP
点击量; 475次
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煤系逆断层形成过程及其对采动灾害的影响规律

作者(Author)：陈绍杰, 张鑫源, 石瑞明, 李志远, 冯帆, 夏治国, 李学龙

摘要：为研究煤系断层形成及其对采动灾害的影响规律，改进了煤系逆断层形成模拟试验系统，采用液压伺服控制实现位移和应力双重精确控制，煤层开采试验时只拆卸煤层后方回采位置部分透明板，保持内部构造应力不被释放，利用该系统进行了煤系逆断层形成与开采试验研究。结果表明：逆断层形成过程中各岩层位移可划分为3个区域：位移区、压缩区、稳定区；位移区绝对位移最大，相对位移较小，其范围随岩层埋深减小而增大；压缩区自上盘向下盘绝对位移逐渐减小，相对位移逐渐增加；稳定区绝对位移与相对位移均最小，其范围随岩层埋深减小而减小；上盘测点位移角随着测点与断层距离的减小逐渐增大，最大达到87.5°；逆断层形成过程中顶、底板水平应力呈先增大后减小的规律，且上盘水平应力大于下盘；断层下盘顶板垂直应力呈上升趋势，上盘煤层顶板垂直应力呈增大—减小—增大的变化趋势；对比分析国内22处煤系逆断层地应力实测数据表明，逆断层构造区域最大水平主应力和垂直主应力比值k主要集中在1～4，本文试验中断层稳定后上、下盘k值稳定于2～3；煤系逆断层形成后下盘煤层回采过程中，顶板垂直应力与水平应力均呈先增大后减小趋势，近断层岩层在构造应力与采动应力相互叠加作用下产生应力积聚，其峰值应力更高，导致回采后上覆岩层运动更剧烈；工作面向断层方向推进可分为矿压周期演化阶段和动力灾变阶段，在矿压周期演化阶段，煤壁及工作面上方的垂直应力呈周期性显著增加，高应力区域向下盘构造煤迁移，动力灾变阶段中工作面已处于高应力区域，在断层活化的影响下易引发冲击地压等煤矿动力灾害。

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煤炭学报

2023年第08期

344

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采动诱发断层覆岩耦合失稳的突变效应

作者(Author)：王宏伟, 田政, 王晴, 刘文岗, 姜耀东, 石瑞明

摘要：煤矿冲击地压灾害的频繁发生与复杂地质构造失稳关系密切，其中断层作为典型的地质构造是诱发冲击动力灾害的重要因素。推导了表征断层滑动特征的位移场和能量场的分布函数，并以河南义马矿区地质构造及千秋煤矿21221工作面为工程背景，搭建了模拟工作面开采过程和断层滑动的物理模型，监测了上覆岩层和断层区域位移、能量和温度等多参量演化规律，研究了断层覆岩失稳突变效应，探讨了开采扰动引起上覆岩层运动和断层滑移失稳关联耦合的力学机制。研究结果显示，开采扰动下，断层面上应力、位移及能量等参量极值点出现频率沿断层垂直方向从上到下呈现由密至疏的分布，断层面上部岩体较下部更易受到采动影响而处于非稳定状态，是断层滑动的主要动力源；断层滑动是一个由上到下、由局部到整体、先低能后高能的逐步加速且非连续的动态失稳过程，并伴随应变能依次表现出低能稳定、逐步积聚和高能活化3种状态，最大应变能增量出现于断层面上部，应变能的大量释放将加速断层自上而下的失稳滑移；断层面滑动过程中，岩体温度也随之呈现出阶次递增的特征，表现为微小扰动时的恒温阶段、应力积聚引起的局部上升阶段和滑动失稳引起的全域温度激增阶段；断层的非线性和非连续动态失稳现象与工作面上覆岩层的运动和垮落破断关系密切，基于开采扰动时上覆岩层运动和断层滑动之间发生的关联耦合响应，研究了断层覆岩耦合失稳的突变效应，具体表现为断层附近岩层压力的突增、断层面应力的剧烈变化、断层面位移加速变化并向下部发展、应变能大幅度频繁波动以及温度场的阶次递增。研究表明，覆岩垮落为断层的非稳态滑移施加了冲击载荷，应变能突然释放造成的断层严重滑移失稳也将对已经受过变形、遭受过破坏的上覆岩层带来二次剧烈冲击并发生大面积垮落，产生的卸荷作用为断层向该区域运移提供了附加空间，更加速了断层的滑移失稳和上覆岩层的垮落破坏，极易诱发冲击地压灾害。

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煤炭学报

2023年第08期

355

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我国煤与瓦斯突出预测与预警研究综述

作者(Author)：梁运培, 郑梦浩, 李全贵, 毛树人, 栗小雨, 李建波, 周俊江

摘要：煤与瓦斯突出是制约煤矿安全生产的重大灾害之一。我国煤层赋存环境复杂多变。针对时有发生的突出灾害事故，为了进一步提高突出预测和预警的准确率。梳理了突出发生机理的研究进展，指出地应力、瓦斯、煤体物理力学性质仍是防治突出的关键三要素，预测和预警的指标仍以此为基础；总结了突出预测的发展现状，指出预测的方法主要有单指标法、综合指标法和多属性指标法。主要存在预测位置局部、预测时间不连续、适应性差等不足；分析了突出预警的关键进展，指出基于突出孕育过程中的地应力、瓦斯、煤体演化机理，主要有声发射监测、电磁辐射监测、微震监测、瓦斯浓度时序监测，以及声电瓦斯综合监测预警方法。由于监测数据精度低、预警结果准确率低等不足而影响现场应用效果。基于当前突出预测和预警现状，以及煤矿安全智能化的需求，提出未来研究展望：突出预测应在启动判据与强度预测上，同时发展精细化、可量化指标；突出预警应跟踪指标的非线性变化，发展基于理论指标的趋势预警，基于事故经验的匹配预警，以及基于监控数据挖掘的前兆预警。通过组合预警模型，将定性与定量预警相结合，形成基于理论−经验−数据多重驱动组合预警模型，进一步提高预警准确率。同时发展矿山数字孪生建设，形成整体、连续、准确的煤矿突出灾害可视化智能预警。

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煤炭学报

2023年第08期

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