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矿震和冲击地压等动力灾害是目前影响我国煤矿安全高效回采的主要因素之一,尤其是当上覆岩层中存在强度大、完整性高的巨厚关键层时,引发的问题尤其突出,因此研究巨厚顶板的破断规律及其诱发的矿震显现规律对安全高效生产具有重要的意义。 鲍店煤矿十采区存在着强度大、完整性好的巨厚砂岩顶板,本文以此特殊地质条件为背景,采用理论分析、计算机数值模拟结合现场监测的方法对存在巨厚砂岩岩层的覆岩组合动态运动规律及矿震发生机理进行了系统研究。 (1)利用岩板理论对采场上覆岩层中存在的关键层的判别,通过理论计算确定了上覆关键层的结构类型,其中两层亚关键层以组合的形式运动,表现在采场会出现非均匀性的周期来压特征;通过理论计算得出巨厚砂岩主关键层的极限破断步距大约为352m~364m,并通过UDEC数值模拟方法对采场覆岩的运动特征进行了验证。 (2)提出了主关键层在处于稳定状态和失稳状态时的应力和弹性能分布规律,研究了两种状态下矿震发生的机理。在稳态情况下,工作面前方会形成应力集中,高应力诱发了矿震现象;在失稳状态下,巨厚砂岩断裂瞬间会释放大量积聚的弹性能且自身沉降会产生巨大的冲击动能,能量传递到下方煤岩体,从而引发更加强烈的冲击地压和矿震。 (3)通过对现场采集到的矿震数据进行定位,确定了矿震事件间的时空分布规律及与上覆顶板运动之间的关联,据此可对后续开采过程中矿震发生的危险性区域进行辅助预报及评价,并提出了防冲解危措施,最大程度降低了矿震冲击灾害对安全回采造成的影响,并为类似条件矿井的冲击地压防治提供了参考。