工作面在断层影响下冲击矿压分析与防治

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冲击矿压是我国矿井开采中重大的地质灾害之一,当综采工作面布置在断层周边时,发生较大的冲击矿压的可能性较高,且发生机理复杂。因此,探究回采工作面在断层影响区域发生冲击矿压的规律,具有重要意义。本文以某矿7335工作面的实际情况作为工程背景,结合理论研究、数值模拟计算和实践分析等,对受断层影响的工作面冲击风险等方面展开课题探讨。首先通过理论分析确定了工作面冲击危险影响因素,并分析了围岩空间结构及动静载条件下冲击危险性,其次通过数值模拟手段分析了7335工作面在断层影响下围岩应力演化特征,并结合7335工作面实际回采过程中微震活动情况分析沿断层推进和过断层两个阶段的围岩运动规律,最后制定了7335工作面回采期间冲击矿压防控方案。论文具体研究内容和结论包括以下几个方面:(1)按照7335工作面实际开采情况,分析了断层为主的地质构造是诱发冲击矿压的主要因素之一,并划分了冲击危险区域。其次通过对工作面顶板演化规律分析得到7335工作面覆岩空间结构为短臂“F”型破断,并分析动静载条件下诱冲原因,得出上覆若干厚硬岩层断裂或者回转运动产生震动波作用在由构造应力影响的高静载工作面,从而逾越了围岩的极限平衡条件诱发冲击破坏。并且根据基本顶断裂模型阐述了临近断层回采时的工作面前方的断层逐渐出现反弹,断层的正应力减小使得起更易发生错动,进而增加了工作面的冲击危险性。(2)通过对FLAC3D数值模拟分析,工作面在沿断层推进阶段,两侧断层阻隔效应明显,中部煤岩体应力高于两侧煤岩体的,工作面在该条件下回采扰动效应被放大,应力集中程度增加。工作面在过断层阶段超前应力受断层影响明显,高应力沿断层两侧分布,断层导向作用明显,断层与两巷的交汇处应力集中系数达到最大,并且断层经过工作面中部的时候影响程度达到最大,模拟分析的结果表明了断层对工作面两巷应力状态具有显著的影响。(3)通过7335工作面回采阶段的微震监测情况和震动波CT反演进行分析,工作面沿断层走向推进时,覆岩运动阶段活动性加剧,破断范围更广,上覆岩层中能量聚散频繁并伴随大能量事件的发生。工作面过断层阶段,工作面与斜交断层围成的三角区域微震活动频繁,同时高应力集中区域向断层交汇处靠近。从震动发生的层位来看,断层夹持阶段工作面微震频次降低但能量释放程度上升,且以低位岩层的破断为主;过断层阶段微震事件向煤层靠拢,且大能量的岩层破断发生在高位顶板中。CT反演高波速异常区域主要集中在工作面中部和断层附近,溜子道侧的冲击危险性明显高于材料道一侧,监测结果与模拟应力分布情况大体一致。最后结合粘滑模型解释微震活动在断层影响下的循环性与差异性。(4)结合工作面模拟结果和实际地质情况,制定了7335工作面回采期间断层影响区域冲击矿压监测防治方案,对监测到的具有潜在冲击危险区域采取一系列切实有效的卸压解危措施,以降低工作面冲击矿压危险性,保证工作面两巷和作业人员的安全。通过对卸压后效果进行冲击危险性分析,得出以顶板深孔爆破为主的卸压措施卸压效果良好,煤岩体中积聚的弹性能够得到有效的释放与转移。本论文研究成果能够有效指导断层影响条件下7335工作面的安全回采,确保矿井安全高效生产,同时也为具有类似采矿条件工作面的安全回采提供理论支撑和技术指导。该论文共涉及图61幅,表9个,引用参考文献99篇。
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