巨厚覆岩矿震孕育破裂特征与应力
触发机制
窦林名1,2,3,曹安业1,2,3,*,杨 耀1,贺 虎4,*,
杨垚鑫1,白贤栖1,顾倩悦1,李松徽1,
付相超5,顾颖诗6,吴 震6,张 帝7
作者单位
(1. 中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州 221116;2. 中国矿业大学 深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏 徐州 221116;3. 中国矿业大学 江苏省矿山地震监测工程实验室,江苏 徐州 221116;4. 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116;5. 国家矿山安全监察局内蒙古局,内蒙古 呼和浩特 010010;6. 内蒙古昊盛煤业有限公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000;7. 中煤能源研究院有限责任公司,陕西 西安 710054)
创新点
(1) 研究指出,巨厚覆岩破断运移是矿震孕育触发的动力和能量来源。工作面邻更大采空范围推进,巨厚覆岩破断尺度将进一步增加,工作面将面临更大矿震风险。
(2) 巨厚覆岩矿震孕育期间顶板逐层向上与侧向采空区联动破断,诱发微震震源破裂模式以纯张拉、纯压缩破裂为主。巨厚覆岩矿震孕育断裂特征呈显著张拉状态。
(3)内蒙古自治区鄂尔多斯呼吉尔特矿区某矿井“2·6”“10·30”矿震发生的原因:最大主应力较其他主应力显著增大,作用方位为侧向采空区指向工作面,单轴挤压作用于巨厚覆岩。“2·4”矿震的主要原因:最大主应力降低,倾伏方向发生大角度偏转,因侧向采空区及工作面前方的最大、最小主应力协同挤压失稳。
(4) 减弱巨厚覆岩活动性是降低矿震发生频度的关键。重点分析邻空回采覆岩裂隙发育规律及其破断演化特征,及时反演作用于巨厚覆岩的应力场分布,开展以控制巨厚覆岩活动性为主的防震减震措施,定期评估巨厚覆岩应力状态,从源头调控降载减震。
文章主要内容
1 工程背景
1.1 开采地质条件
1.2 震源分布与岩层移动规律
2 巨厚覆岩结构破断演化规律
2.1 破断力学条件
2.2 破断演化特征
3 基于震源机制解析的应力反演方法
3.1 波形预处理及震源机制解析
3.1.1 矿震波形主成分预处理
3.1.2 矩张量反演及破裂信息求解
3.2 矿震震源应力反演方法改进
4 巨厚覆岩矿震孕育破裂特征与应力场演化
4.1 矿震孕育过程覆岩断裂特征
4.2 矿震震源应力场演化规律
5 巨厚覆岩矿震应力触发机制
主要附图
图 1 工作面布置及震源分布
图 2 沿工作面走向覆岩地层结构分布
图 11 不同回采阶段震源类型 CLVD−ISO 钻石图
图 13 研究区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ震源破裂面产状信息
图 18 研究区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿震应力触发机制
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第一作者简介
窦林名,教授,博导。波兰西里西亚工业大学博士,中国矿业大学博士后,享受国务院政府特贴。任江苏省矿业协会副会长。曾任煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任;ISM国际测量协会委员, "653工程"首席专家。江苏省"333"等人才;孙越崎"青年科技奖",《中国矿业大学学报》《采矿与安全工程学报》等期刊编委。
主要从事采矿工程、冲击矿压、采矿地球物理学等科研与教学工作。主持国家重点研发计划、 “973”、科技支撑计划等课题、国家自然科学基金,中波政府合作项目、波兰国家科学基金国内外合作项目200项。
研究提出了冲击矿压的“一个理论、三种原理、一个平台,八项技术”。成果获国家科技二等奖2项、波兰采矿奖1项、省部级二等奖以上奖励18项;指导的博士生获全国百篇优博1篇,江苏省优博4篇;中国矿业大学优博10篇;著作12部,论文300余篇,其中被SCI收录100余篇,EI收录140多篇,专利软著100多项。研究成果先后在国内26个矿业集团及其所属煤矿以及澳大利亚、孟加拉煤矿等得到了成功应用,取得了良好的社会经济效益。成果编入了《煤矿安全规程》、《煤矿安全规程执行说明》、《煤矿防治冲击地压细则》、《煤矿安全工程通用规范》等规程规范和相关标准。
通信作者
曹安业,教授,博导,中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室副主任,江苏省矿山地震监测工程实验室副主任,“中国矿大-安徽理工”冲击地压防治工程研究中心副主任。入选江苏省333人才培养工程、新疆自治区“天池英才”特聘教授、江苏省科技副总等人才计划,国家一流课程负责人,全国煤炭青年科技奖获得者。长期致力于冲击地压机理与防控,矿震孕育机制与震动效应,地球物理监测与智能预警等方面的基础研究与科研实践。主持包括多项国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、国家科技支撑计划子课题、江苏省创新支撑计划国际科技合作项目、江苏省自然科学基金等国家与省部级纵向课题十余项,及企业科技攻关项目百余项。发表学术论文120余篇,授权国内外发明专利、软著50余件,获山东省科技进步一等奖、教育部科学技术进步二等奖、内蒙古自治区科技进步二等奖、河北省科技进步二等奖等科研奖励10余项。《煤矿安全规程》、《防治煤矿冲击地压细则》、《冲击地压测定、监测与防治方法》等规章、标准编制专家成员。
通信作者
贺虎,教授,中国矿业大学资源与地球科学学院地质工程系主任。长期致力于冲击地压机理与防控,坚硬顶板水压致裂,地球物理监测与智能预警等方面的基础研究与科研实践。负责国家自然基金面上项目1项、中国博士后面上一等项目1项,作为研究骨干在研“十三五国家重点研发计划”3项、国家自然科学基金重点项目1项、国家自然基金面上项目1项。发表论文30余篇,出版专著1部、参与编写著作4部,获煤炭工业协会科技进步一等奖1项、二等奖4项目、三等奖5项、中国职业健康协会一等奖1项、二等奖1项、山东省科技进步一等奖1项、三等奖1项、教育部科技进步二等奖1项等。作为主要起草人编写了《冲击地压测定、监测与防治方法第14部分:顶板水压致裂防治方法GB/T 25217.14-2020》、《冲击地压测定、监测与防治方法第4部分:微震监测方法GB/T 25217.4-2020》两部国家标准。
引用格式
窦林名,曹安业,杨耀,等. 巨厚覆岩矿震孕育破裂特征与应力触发机制[J]. 煤田地质与勘探,2024,52(10):1−13.