煤层采动条件下断层活化研究的现状分析及展望

采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题。从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤监测技术、注水试验等,从方法原理、研究现状、技术特点等方面对现有的主要测试与评价方法进行了总结;结合当前国内断层复杂区的煤炭资源开采,重点分析断层活化诱发的几类典型动力地质灾害形成机制及其内在联系;当前,对于采动诱发下的断层活化多维多尺度全程精细化监测技术等研究工作仍然不足,基于煤矿开采精准化、智能化需求,指出断层复杂区煤层开采研究应向多场耦合、精细化模型构建、多手段综合探查、智能预警等方向发展。认为通过进一步开展断层活化的基础理论、精细化模拟、多维多场多尺度监测预警的技术系统研究,可为煤矿智能化引领下的矿井地质保障工作提供坚实基础。      

米村矿一1煤小断层密集带对突水的控制作用及分布预测

通过对郑州矿区米村矿拟开采一1煤突水危险性预测的分析，认为其大、中型边界断层对突水的影响较小而小断层密集带的发育则是造成该矿今后突水的主要因素之一1根据米村矿开采二1煤和相邻矿井王庄矿开采二煤和一1煤揭露小断层情况，预测了可能造成米村矿一1煤底板突水的小断层密集带的分布情况。     

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井-地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400~+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。移动阅读      

吉林省道清矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性数值模拟

通化矿业(集团)公司道清煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为预测该矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性的程度,对其煤层进行冲击地压危险性数值模拟,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力、XY剪切应力大小及分布规律,得出应力集中区出现在F3号逆掩断层与煤层交汇处,即此处冲击地压危险性程度相对较大,开采时应注意防范,确保矿井安全开采。     

煤层孤岛工作面冲击矿压的防治实践

木城涧矿450水平西四采区三槽东一壁工作面发生的几起冲击矿压事故,与其工作面开采深度、所处地质构造部位、呈孤岛开采状态有关.工作面煤样和顶板冲击倾向性测试结果表明,该煤层属于高冲击倾向性煤层,具有发生冲击矿压的能力.根据产生冲击矿压的原因和特点,采用电磁幅射进行冲击矿压预测预报、爆破卸压进行治理的措施,通过了冲击矿压危险区.     

高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究

以东北某矿三水平北21层三四区一段开切眼掘进工作面严重冲击地压事故为背景,通过现场调研、理论分析、微震/应力监测等方法对高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制进行研究,结果表明,(1)17层煤柱集中应力和21层煤采空区侧向支承压力形成的高静态应力是主要冲击力源,掘进工作面和相邻17层煤回采工作面形成的扰动应力是主要诱发力源,两者叠加影响导致该冲击地压事故;(2)建立了煤柱下方应力分布估算模型和采空区侧向支承压力估算模型,两者叠加作用下对21层煤的影响范围为132 m,具有冲击危险影响范围为70 m;(3)针对冲击地压事故发生机制制定的掘进工作面恢复生产方案,实现开切眼的安全贯通。研究结果对类似条件下的掘进工作面安全生产和开采设计具有一定的借鉴意义。     

冲击地压防治中的分数维

本文对门头沟煤矿九龙盆地区人工开采活动调整前后的微震活动的分维结构变化进行了分析。结果表明矿山微震活动具有分形结构，采区微震空间变化的分形维数可以作为采掘生产布局的合理性和采区冲击危险性的定量评价指标，它也是冲击地压预测的有效指标之一。     

集贤矿区东荣三井田小构造特征分析

对黑龙江省双鸭山集贤矿区东荣三井首采区内小于30m断距的小断层,采用了地质、钻探、测井、地震等方法,对它的形成机理、发育情况及其分布规律进行了系统的研究;划分了3个构造复杂区、4个构造简单区,对指导煤炭开采具有一定实际意义。     

大岗山水电站厂房断层控制区域微震监测分析

大岗山水电站地下厂房断层发育,两条陡倾角断层穿过厂房中后部,控制着厂房的围岩稳定性。拱顶处发育的断层由于开挖而出现塌方,需要对塌空区以及地下厂房进行稳定性监测。2010年10月建立南非综合微震系统（ISS）微震监测系统,对断层控制的厂房区域进行微震监测。采用能级分布法、时空分布法、能量指数法、位错法等对断层控制下的塌空区、厂房边墙、断层周边岩体进行了稳定性评价。监测表明,塌空区微震事件少,能级小;边墙岩体位移较小,微震事件数目较少;断层面间滑动位移分布不均,整体位移量不大,断层面岩体活动性不强。因此,断层区域在进行加固后,岩体整体稳定性有所提高,受断层影响较小,故地下厂房稳定性较好。微震监测对水电厂房开挖及运行期的安全稳定性评价有较强的指导意义。     

煤岩组合体冲击破坏的声发射及微震效应规律试验研究

研究由顶板-煤体-底板所构成的煤岩组合体变形破裂声发射和微震的规律,对于研究冲击机制具有重要意义。利用SANS材料试验系统、Disp-24声发射监测系统和TDS-6微震信号采集系统,对单轴受压的不同煤岩组合试样进行声发射和微震试验,得到不同组合试样在受载破坏过程中的声发射和微震信号。试验研究表明：组合试样发生冲击破坏时的声发射和微震信号的强度随试样的单轴抗压强度、冲击倾向性以及其顶板与煤层的高度比值的增加而增强;微震信号的振幅可以反映组合煤岩体的冲击倾向性强弱;微震频谱幅度的分布随着抗压强度和冲击能指数的上升而向高频移动。上述结论对指导现场冲击矿压的监测预警以及评价有着重要意义。     

贵州福泉市大湾磷矿区水文地质特征

在大湾磷矿区多孔抽水试验的基础上,结合矿床水文地质条件和地质资料,完成对矿床水文地质条件的概化,建立了概念模型,并以多孔抽水试验场的地下水流场演变过程为信息,以矿床地下水流数学模型检验为手段,建立了矿区地下水运动的分布参数系统仿真模型,并在检验数学模型的过程中,实现了对F1断层性质的查明,对后期开采阶段矿区涌水量预测提供了依据。     

矿山地质动力灾害的发生机理与控制途径分析

论文主要针对我国煤矿开采引起的矿山地质动力灾害,如冲击地压、矿震、地表塌陷等,结合山东省新汶矿区、辽宁省抚顺矿区、北票矿区的实际情况,分析了导致这些灾害发生的原因及机理,从改变采矿活动等角度阐述了控制这些地质动力灾害的技术途径.     

邢东矿深部带压开采导水裂隙带微震监测及突水机制分析

针对邢东矿2222工作面深部带压开采接近临界值且局部受隐伏断层等构造影响,可能出现底板突水的问题,采用ESG微震监测系统实时监测导水裂隙带形成过程,并利用研发的CMMA-3D微震分析系统获得了2222工作面底板导水裂隙带的空间位置,为针对性注浆治理和安全开采提供了重要指导。基于断裂力学分析了隐伏断层活化突水机制,推导出隐伏断层扩展长度计算公式。获得了不同类型隐伏断层(正断层和逆断层)的扩展规律:正断层扩展长度(35)l与承压水压力p和侧压系数?均呈正相关;逆断层扩展长度?l随承压水压力p的增加呈现出先减后增的变化趋势。底板导水裂隙带渗透性随采空区垮落岩体压实度的增加而降低,阐明了2222工作面突水量后期逐渐减小的原因。     

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明:地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。      

山东牟平金牛山金矿区构造控矿研究中的数学、力学实验方法

本文在对金牛山金矿带和金牛山金矿区控矿构造分析的基础上,用明胶网格法模拟计算了矿带中部最大剪应变分布;用有限单元法计算了矿区的最大主应力分布.结合矿带和矿区成矿地质条件及已知矿化部位分析,预测了位于应变和应力异常区但未知矿化或矿化不明显的部位.实践验证,取得了较好效果.     

EH-4电磁测深在郴州市铁石垅矿区寻找深部隐伏铅锌矿体的应用效果及找矿意义

铁石垅铅锌矿床位于郴州有色多金属矿集区,是近几年危机矿山找矿效果较显著的矿区之一。通过对测区EH-4电磁测深不同剖面电性特征和不同标高平面图分析研究,解译出深部断裂位置及相对低阻异常分布范围,并对可能的矿致异常进行了重要性排序,进而确定最佳的有利含矿空间。分析认为测区最好的矿致异常沿F11断裂分布,主要分布在主干断层和次级断层的交汇部位。经钻探工程验证,在F11断裂带内揭露新的隐伏铅锌矿体7个,矿体分布与EH-4电磁测深矿致异常分布相吻合,证实矿区利用EH-4电磁测深寻找深部隐伏矿体效果较好,为矿区及外围寻找深部隐伏铅锌矿体提供了新的有效找矿方法。     

云南澜沧老厂铅锌矿区物化探异常特征及找矿预测

在云南澜沧老厂铅锌矿区开展了土壤地球化学测量和TDIP测量。土壤地球化学测量显示:Pb、Zn、Cu元素有共同的异常区,Ag高值区与前者相异;异常向外带分布与断层相关性较强。TDIP法所得异常区沿F4断层断续分布,部分异常沿F1断层向外展布。组合勘探结果显示:只有当土壤地球化学测量的异常区与TDIP的异常区高度吻合时,才能确定靶区为矿致异常区。该方法有效地避免了非矿致异常引起的土壤地球化学异常,提高了勘探成效。该组合勘探法能准确的找寻含矿断层并定位地下矿体在含矿断层附近的分布情况。     

坚硬顶板孤岛工作面冲击地压机理及前兆判别

以忻州窑矿8939工作面为工程背景,运用弹性板理论分析坚硬顶板破断期间释放的弹性能量值,并利用FLAC3D数值模拟划分工作面回采期间的高应力区域,同时根据分形理论分析微震事件的时间分布、空间分布与冲击地压的内部关联。研究结果表明:坚硬顶板断裂前,悬露顶板由于旋转下沉不断对工作面前方煤体缓慢加载,由于过程缓慢,应力与能量不断向煤岩体深部转移,不易发生冲击地压。当顶板断裂时,会瞬间释放大量的弯曲应变能,对工作面周围煤体产生强大的脉冲作用,若脉冲能量超过冲击地压的临界值,则发生冲击地压的可能性较大。且冲击地压发生之前,煤岩体处于非稳定状态,会与外界积极交换能量,此时微震事件处于活跃期,当微震能量超过一定数值或微震事件的分维值低于某临界值时,易发生冲击地压。      

影响崇信县南部煤炭资源开采的地质因素

甘肃省崇信县位于鄂尔多斯盆地西南缘,地下赋存着丰富的煤炭资源,预测资源量30多亿t,规划“十二五”末要达到1000万t以上的煤炭生产能力.研究区浅部煤炭资源已开采多年,新建矿井的煤炭资源大多都赋存在深部,通过对生产矿井、在建矿井地质资料的研究认为,随着埋藏深度增加,煤层赋存的地质条件越来越复杂,受成煤时期的古地理环境、后期构造改造、采矿等因素的影响,煤层厚度变化、煤层顶、底板的稳定性、断层、深部冲击地压、地下水等地质因素制约着深部煤炭资源的开采,并针对这些问题,对矿井建设、生产过程中的地质工作提出了一系列建议.     

焦作矿区底板突水预报模型

选取对突水有影响的地质因素，如构造、矿压、构造裂隙、断层断距、断层至突水点距离、隔水层厚度、水压等为自变量，以突水点及未突水点的这些资料为基础，用数量化理论（Ⅰ、Ⅱ）的方法，将定性变量数量化，并参与计算，建立了焦作矿区底板突水的定量预报模型。经检验表明，所建模型可靠，可用于实际预测