深部逆冲断层周围开采诱发冲击机理及防控技术研究

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随着矿井开采深度的增加,冲击矿压强度及危害日益突出,尤其是断层附近复杂的构造和异常多变的应力场,极易导致冲击矿压。因此,预防与控制断层附近的冲击矿压是深部安全开采的关键问题之一。论文以义马矿区冲击矿压灾害严重的逆冲断裂带区域为依托,在地质调研基础上,运用数值模拟、理论分析、实验室测试和工程实践等研究方法,研究了逆冲推覆构造成因及其周围应力分布特征,提出适合逆冲断层区域的冲击矿压治理综合措施。通过数值模拟研究表明,逆冲断层的存在使地应力出现不连续并产生高应力集中,随工作面回采,上覆岩层运动范围逐渐增大,导致逆冲断层下盘覆岩发生剪切滑移,产生较大剪切应力,工作面处于高冲击危险状态;当工作面回采达到范围后,工作面远离断层,受断层下盘影响减小,高剪切应力区域面积减小,冲击危险状态降低。通过实验室测试,得到义马矿区跃进煤矿煤层具有强冲击倾向性,岩层具有弱冲击倾向性;结合岩层控制的矿山压力理论分析了逆冲断层区域在巨厚砾岩关键层作用下上覆岩层运动的一般规律,认为巨厚砾岩关键层破断时将引起其上覆岩层的大规模同步破断和垮落,导致逆冲断层产生剪切滑移并产生大的动载荷,极易诱发冲击的发生。研究了逆冲断层与采动扰动叠加作用下微震活动规律,得到掘进和回采期间,随着掘进(回采)面不断接近逆冲断层,微震事件总能量、频次急剧上升,大能量事件急剧增多,且震源位置大都分布于逆冲断层附近,掘进(回采)面处于高冲击危险状态,下顺槽冲击危险高于上顺槽;随着掘进(回采)面不断远离逆冲断层,下顺槽与断层之间的距离越来越远,之间的微震事件逐渐减少,冲击危险降低。在动静载煤岩冲击破坏力学模型的基础上,分析了逆冲断层区域开采时,工作面在动静载组合作用下诱导冲击矿压的机理。最后提出了适合逆冲断层区域冲击危险煤层冲击矿压的成套防治体系,包括工作面和巷道的优化布置,“六位一体”综合治理方针,“四强”综合防冲体系等。将该防冲治理体系在河南义马矿区进行工程实践,从根本上降低了冲击矿压的发生危险和冲击灾害程度,保证了矿井的安全开采。
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