董家河煤矿进入二水平回采过程中,煤层厚度通常变化较大,导致一个回采工作面内常赋存有薄煤带,进而引起回采工艺的设计、推采速度等回采技术参数发生改变,顶板岩层移动及围岩响应呈现不同特征,对采场矿山压力及围岩控制造成不利影响。回采期间曾发生顶板事故造成工作面停工两月有余,对工作面回采造成了极大的影响。本文依托该矿22517工作面,针对顶板岩层移动及围岩应力响应这一科学问题,建立了微震活动与顶板岩层移动之间的联系,对比分析了回采工艺、推采速度等不同采掘活动影响下微震活动规律及影响机制。对关键层微震事件典型聚集区进行矩张量反演,探究了关键层沿走向和倾向破裂面类型演化及破裂面产状。运用RFPA-Strata数值分析系统进行了关键层结构破断前后围岩应力响应的模拟研究。为矿井二水平开采期间工作面顶板控制及超前支护提供一定参考和借鉴。本文主要的研究成果有:(1)通过一个顶板活动周期内的微震事件时空分布特征,发现微震事件沿走向平面呈“C”型分布,并划分为微震活动的平静期、发育期、活跃期、二次活跃期、局部发育期和最终平静期;顶板微震事件垂向发育高度和事件密度随顶板活动具有一定的周期性特征,确定了垂直三带的分段标高为+250m和+290m;轨道巷一侧煤柱微震事件密度和矩震级大于运输巷一侧。(2)炮采工作面微震事件主要分布在煤壁前方,采空区滞后距离大幅降低,顶板更快达到稳定状态。采场围岩应力增加产生大量的微破裂,微震事件数增至平均每天20个,最大矩震级增至0.26。82%的微震事件Es/Ep值小于3,主要发生拉伸破裂。推进较快阶段顶板垮落不充分,微震事件超前距离减小滞后距离增大,但并不能改变覆岩最终破坏高度。非来压期间微震事件数降低导致来压期间顶板能量的集中释放,矩震级增大,b值减小,采场失稳风险增加。(3)通过对中位关键层走向微震事件聚集区进行矩张量反演发现,由于前端微破裂集中区处于超前支承应力区且关键层弯矩大,主要发生张拉型和剪切型微破裂,破断面倾角与水平面夹角54°,后端微破裂集中区为关键块铰接处回转及尖角破坏过程中形成的,主要发生混合型及部分剪切型微破裂。(4)通过对中位关键层倾向典型微震事件聚集区进行矩张量反演发现,由于倾向破断一般发生在工作面后方,无超前支承应力影响,破断前微破裂面主要为张拉型和混合型,破断后滑移下沉过程中微破裂面主要为混合型和剪切型。倾向中部微破裂面分为向东和向北扩展两组,与正北方向夹角分别为290°和小于±25°;倾向边缘微破裂面与正北方向呈46°向外侧扩展,破断面与水平面夹角平均85°。破断形式基本符合“O-X”破断。(5)采用RFPA-Strata数值模拟方法研究了不同采厚条件下多关键层结构破断特征及超前支承应力响应特征。结果表明:采厚小于2.5m时仅低位关键层破断,煤体只承载直接顶岩层重量及附加载荷,超前支承应力峰值与采高变化正相关。采厚大于3m时低位、中位关键层均破断,煤体裂隙发育导致承载力降低,超前支承应力峰值与采高变化负相关。关键层破断后超前支承应力峰值大小均减小,峰值影响范围均减小。