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我国煤矿矿震发生机理及治理现状与难题 被引量：24
1
作者 曹安业 窦林名 +4 位作者 白贤栖 刘耀琪 杨科 李家卓 王常彬 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1894-1918,共25页
随着我国煤矿开采深度和开采强度不断增加,煤矿矿震以前所未有的频度和强度展现出来,引起政府部门和社会民众的广泛关注。在政府倡导及科研人员积极探索下,我国在矿震致灾机理研究与工程治理实践方面取得了一系列重要进展,在正确认识矿... 随着我国煤矿开采深度和开采强度不断增加,煤矿矿震以前所未有的频度和强度展现出来,引起政府部门和社会民众的广泛关注。在政府倡导及科研人员积极探索下,我国在矿震致灾机理研究与工程治理实践方面取得了一系列重要进展,在正确认识矿震现象与矿震灾害防控方面取得了长足进步。总结了矿震发生现状,基于我国煤矿矿震研究成果,系统阐述了矿震发生机理、破坏效应、防治技术等方面研究进展与主要难题。结论如下:矿震发生条件复杂,诸多学者从不同角度给出了矿震的定义与分类,总结前人研究后笔者从狭义和广义方面提出了矿震定义,根据矿震发生后的现象及发生机理对矿震进行了分类;矿震致灾现象普遍存在于矿山开采活动中,世界主要采矿国家均有记录,矿震灾害的专业预防与治理已刻不容缓;我国矿震的专业治理起步较晚,但近年来国家部委、省市以及地方管理机关陆续颁布关于矿震防范的规章制度,有力提升了我国矿震灾害治理和应急处置能力;总结了我国煤矿矿震宏观触发机制包括煤柱失稳诱发矿震、顶板破断运动诱发矿震以及断层错动滑移诱发矿震,矿震微观破裂机制包括震源张拉破裂、震源内爆破裂以及震源剪切破裂;从矿震震源参量、震动波传播衰减规律以及震动波扰动情况等方面探讨了矿震的致灾效应,归纳了矿震对井上下的扰动致灾评估方法;以源头防控为宗旨,以精准预防为方针,概括了我国煤矿矿震治理现状与难题。当前,我国煤矿矿震依然存在“震源找不准、灾害控不住”等难题,亟待深入研究矿震孕育发生机理、破坏效应及防控技术方法,以保障煤炭绿色安全高效开采,支撑国家深部资源开发和能源安全战略。 展开更多
关键词 煤矿矿震 发生机理 破坏效应 震源破裂机制 治理技术
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冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量响应规律 被引量：23
2
作者 曹安业 陈凡 +5 位作者 刘耀琪 窦林名 王常彬 杨旭 白贤栖 宋士康 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期722-733,共12页
矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,研究矿震震源破裂机制对完善冲击地压致灾机理至关重要。为有效分析矿震震源破裂机制与震源参量响应特征,基于相对矩张量反演原理提出以震源群为单位反演矿震震源机制,并针对煤矿应用背景构建... 矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,研究矿震震源破裂机制对完善冲击地压致灾机理至关重要。为有效分析矿震震源破裂机制与震源参量响应特征,基于相对矩张量反演原理提出以震源群为单位反演矿震震源机制,并针对煤矿应用背景构建了反演矩阵,推导了反演所需最低射线数与震源数条件,优化了矿震震源破裂类型判识方法,提高了反演精度与效率,统计分析了褶皱构造区、深埋断层构造区以及高应力大巷煤柱区等3个冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量的响应规律。结果表明:矿震震源参量与破裂机制与其地质构造情况、震源层位以及应力环境等相关。褶皱构造区顶板型强矿震以拉张破裂占主导,煤体中强矿震以剪切破裂占主导,拉张型与剪切型矿震的震源破裂强度与应力调整程度差异较小,而拉张型矿震的扰动规模更大;深埋断层构造区拉张型矿震具有更强的破裂强度,剪切型矿震具有更大的扰动规模;高应力大巷煤柱区矿震震源类型以剪切破裂为主导,煤柱(体)极易在顶底板的夹持下沿应力优势方向发生连续性剪切破坏,剪切型矿震震源参量平均值(除视应力)明显高于拉张型矿震,表明剪切型矿震时冲击危险性显著高于拉张型矿震。不同条件下震源参量与破裂机制响应特征可为强矿震的精准判识和力学机制研究提供参考。 展开更多
关键词 冲击地压 矿震 震源机制 震源参量 响应规律
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矿震扰动下采区煤柱应力偏量集中区诱冲机制及防治方法 被引量：17
3
作者 王浩 赵毅鑫 +3 位作者 牟宗龙 焦振华 张旭 卢志国 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1202-1210,共9页
以张双楼矿西一采区生产地质条件为工程背景,基于应力偏量、等效应力、Mises强度准则、能量释放速率分析了煤岩冲击失稳的充要判别准则,揭示了采区煤柱覆岩结构、应力偏量、矿震事件随工作面回采演化规律,并探讨了矿震扰动下采区煤柱冲... 以张双楼矿西一采区生产地质条件为工程背景,基于应力偏量、等效应力、Mises强度准则、能量释放速率分析了煤岩冲击失稳的充要判别准则,揭示了采区煤柱覆岩结构、应力偏量、矿震事件随工作面回采演化规律,并探讨了矿震扰动下采区煤柱冲击危险防治方法.结果表明:煤岩冲击失稳充要条件为开采活动及矿震扰动引起的应力偏量超过煤岩体强度极限,且单位时间内煤岩系统释放弹性能量与矿震应力波输入能量之和大于煤岩系统稳态破坏消耗能量;随着采区工作面持续开采,采区煤柱两侧覆岩形成"T"型悬臂结构并不断损伤破坏;以标量应力偏量第二不变量J2表征应力偏量σ′_(ij),煤柱区应力偏量前期呈"M"型分布并逐渐向单峰型转变,屈服破坏区逐渐向煤柱中部扩展;以矿震频次、能量、震源位置表征应力波扰动σ_(ij)~d,矿震扰动以低能量事件为主,且主要集中于正回采工作面及采区煤柱区域.根据分析结果,提出矿震扰动下采区煤柱切顶爆破、扩大采区煤柱宽度、跨上山开采、大直径钻孔卸压等防冲方法. 展开更多
关键词 采区煤柱 冲击地压 矿震 应力偏量 覆岩结构
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抚顺煤田矿震现状及其城市地质环境效应初探 被引量：15
4
作者 常耀广 赵广信 苏顺强 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2002年第5期579-583,共5页
抚顺煤田矿震的平均发震频度达4000次/年,强度急剧增大,已发生ML=3.7级矿震,研究预测表明最大震级可达4.2级。矿震是由煤田开采引起的,是矿山开采伴生的动力现象。矿震分为断层活动型、顶板活动型和工作面冲击型三种。矿震不会造成地面... 抚顺煤田矿震的平均发震频度达4000次/年,强度急剧增大,已发生ML=3.7级矿震,研究预测表明最大震级可达4.2级。矿震是由煤田开采引起的,是矿山开采伴生的动力现象。矿震分为断层活动型、顶板活动型和工作面冲击型三种。矿震不会造成地面灾害,但是,矿震与其他潜在地质灾害相互作用具有不容忽视的危害性。讨论矿震与城市防震、滑坡、区域地质构造活动之间的相互作用。 展开更多
关键词 抚顺煤田 矿震 城市地质环境效应 煤田开采 诱发机理 城市防震
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深井巨厚覆岩邻空采动强矿震孕育发生机理 被引量：1
5
作者 杨耀 曹安业 +6 位作者 白贤栖 刘耀琪 闫振乾 王常彬 王崧玮 赵迎春 顾颖诗 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期220-231,共12页
矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特... 矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特征,研究了工作面实体煤阶段向邻空回采阶段过渡区域频发矿震震源破裂模式的演化规律,揭示了白垩系巨厚覆岩深部煤层邻空采动强矿震孕育发生机理。结果表明:综放工作面实体煤回采阶段,白垩系巨厚覆岩无明显裂隙产生,地表沉降稳定,沉降量最大为0.23 m;邻空回采阶段,裂隙发育高度最大至煤层上方444.8 m处白垩系巨厚覆岩,强矿震震源处地表总是最先达到最大沉降,强矿震发生前地表最大沉降量快速增加,较1个月前监测最大沉降量增大超60%,表明白垩系巨厚覆岩破断运动为强矿震动力源,强矿震扰动作用下,巨厚覆岩失稳引起地表再次快速沉降。白垩系巨厚覆岩初次破断步距为307.7 m,与工作面实际推进度基本吻合,佐证了强矿震由白垩系巨厚覆岩初次破断诱发;巨厚覆岩破断厚度增大,其初次破断步距增幅逐渐变缓;工作面面长增大,巨厚覆岩初次破断步距线性增长,巨厚覆岩初次破断形式由横“O-X”形转变为竖“O-X”形。邻空采动下,白垩系巨厚覆岩下岩层逐级向上破断,岩层自下而上破断诱发矿震震源主导破裂模式由压缩、剪切破裂向压缩、张拉破裂转变;随着邻空工作面采空范围进一步增大,裂隙扩展至白垩系巨厚覆岩后,不稳定巨厚覆岩张拉破断是诱发“8·20”强矿震的根本原因。研究结论可为深部矿井巨厚覆岩邻空采动强矿震的防控提供参考。 展开更多
关键词 巨厚覆岩 矿震 地面探测 岩移监测 覆岩运动 震源机制
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冒落型矿震能量确定探讨 被引量：3
6
作者 郑怀昌 张晓君 《金属矿山》 CAS 北大核心 2006年第7期24-26,58,共4页
冒落型矿震是一种普遍发生的采空区灾害,正确确定冒落矿震的能量是准确预报矿震强度的前提。为此从上部岩体冒落做功分析着手分析了位势能的转换,分别探讨了影响振动能、破碎能、冲击变形能大小的因素;提出了基于实验室测定位势能转化... 冒落型矿震是一种普遍发生的采空区灾害,正确确定冒落矿震的能量是准确预报矿震强度的前提。为此从上部岩体冒落做功分析着手分析了位势能的转换,分别探讨了影响振动能、破碎能、冲击变形能大小的因素;提出了基于实验室测定位势能转化为振动能转化系数的矿震能量的定量确定思路;并对矿震能量耦合进行了简单探讨。 展开更多
关键词 冲击功 冒落型矿震 矿震能量 转化系数
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矿震扰动下立体采空区群动力响应研究 被引量：1
7
作者 姜立春 罗恩民 《金属矿山》 CAS 北大核心 2018年第5期29-34,共6页
以某金属矿山8号矿体1 100~1 250 m中段36~42勘探线的复杂立体采空区群为工程背景,基于动力学理论,提出了矿震扰动下立体采空区群的动力响应模型,揭示了采空区群在矿震扰动下的动力响应规律。考虑到围岩剪切作用,引入剪切力作用修正因... 以某金属矿山8号矿体1 100~1 250 m中段36~42勘探线的复杂立体采空区群为工程背景,基于动力学理论,提出了矿震扰动下立体采空区群的动力响应模型,揭示了采空区群在矿震扰动下的动力响应规律。考虑到围岩剪切作用,引入剪切力作用修正因子矩阵λ和作用系数矩阵B表征围岩的剪切力。根据动力响应模型建立对应的类动力响应方程,采用Newmark-β法对微分方程进行迭代求解。结果表明:该方法可直观地反映矿震扰动下立体采空区群的动力响应规律,与数值模拟得到的位移、速度时程曲线变化趋势一致;岩体位移极值最大的部位是承载垮落物的顶板岩体;采用Newmark-β法提高了理论计算的效率;动力响应模型法较好地拟合了数值模拟结果,验证了该法的可行性,进而为采空区群矿震防治提供理论指导。 展开更多
关键词 立体采空区群 动力响应 类动力响应方程 矿震扰动 NEWMARK-Β法
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矿震动载对围岩的冲击破坏效应 被引量：58
8
作者 曹安业 范军 +1 位作者 牟宗龙 郭晓强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2006-2010,共5页
分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿... 分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿震震源的震动位移场和能量辐射特征的综合影响。矿震动载传播至采场或巷道围岩时,分别与煤岩系统的静态应力(能量)场进行能量标量和应力矢量叠加。矿震动载的能量叠加可使煤岩系统聚集的能量增加,而应力叠加使系统内煤体变形破坏做功所消耗的能量减小,从而使系统聚集和消耗的"差能"增加。系统可释放的"差能"越多,煤体失稳的可能性越大,当动静载组合作用下煤岩系统同时满足冲击矿压发生的能量和刚度条件时,煤层发生动态冲击破坏。 展开更多
关键词 矿震 围岩 震动效应 冲击矿压 震动波 应力降 能量耗散
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