文摘
我强烈地震频繁发生在深矿井,这带来了很大的隐患矿山生产的安全。本文以板63/06 6号东滩煤矿矿区为研究背景,通过地质调查、实验室试验、理论分析、数值模拟、现场微震监测、地震演化及其力学机制,等等,和结论如下:(1)有三套关键层组之间的表面面板63/06和煤层,其中有大量的能量在侏罗纪红层和下关键层,它提供了一个能源基础成果打破和我产生强烈的震动;(2)在飞机上,大部分的强烈地震发生前的采矿工作面位置和倾向于转移到采空区,纵向,高能矿井地震主要分布在高层红色砂岩;(3)释放高能矿山地震的位置不匹配的位置微震的积累,表明没有弹性能量积累下围岩在强大的矿山地震发生之前,它突出的特点结构咬合的不稳定而不是能量突然断裂的不稳定的红色和厚砂岩;和(4)东滩成果类型矿山地震震源破裂半径大,断裂时间,频率,一个小角落和疲软的初始波,低应力降的特点和没有灾难性的性质表明,厚和低威力取自容易大规模骨折,这应该属于结构不稳定类型矿山冲击由拉伸断裂。
1。介绍
随着开采深度的增加,强大的矿山深部开采引起的震动频率和能量增加的趋势,严重制约煤矿的正常安全生产,威胁地面地下矿工和居民的安全。深层岩体原位应力高的特点,高温度、高气体和水压力下复杂的工程地质条件和恶劣的机械环境(1- - - - - -3]。预防和控制管理成为焦点的强烈震动和困难在深矿井的安全、高效生产。共有近118强地震实际上是坐落在采矿过程中在6号东滩煤矿矿区。截至2021年2月17日,超过20强地震事件发生在面板63/06,这是已被敌军布上了地雷。
厚和硬地层开发煤系地层形成的时期,在中国东部4,5),其中thick-bedded砂岩(通常称为取自)是最常见的。地震是由厚而硬地层的压裂和暴力运动(4,6,7]。成果可能形成大型挂区域,导致更高的压力下浓度高于煤层煤炭挖掘。基于关键层理论(8- - - - - -10),厚而硬地层发生瞬间断裂和断裂释放大量的弹性能量的动态和静态加载悬臂位置超过临界压力。关键是要防止出现大悬臂屋顶下厚硬岩层结构因为矿山地震的发生密切相关成果。到目前为止,研究人员已经做了大量的研究困难的挑战。为了避免或减少我强烈震动,水力压裂(11,12,深孔爆破13- - - - - -15),nonpillar采矿技术应用于破坏和削弱了屋顶16- - - - - -18在深矿井),取得了良好的效果。
矿山地震的机制和防治技术进行了调查研究。基于源位置、能源和波形特征、地震分为三种类型:矿业骨折,巨大的厚表土,高能振动(19,20.]。结合厚硬岩层的运动模式,屋顶运动震动可以分为断裂,回报,和滑21- - - - - -23]。研究表明,上覆岩层的构造演化密切相关矿山地震的发生(24- - - - - -27]。窦等。16,28]研究了上覆岩层空间结构的演变之间的关系和矿山地震的发生规律,提出了相应的预防和控制措施根据不同表土结构。矿山地震发生的风险研究了黄等。29日肖,et al。30.)、和徐31日)通过裂缝和能源accumulation-release煤层上方岩层的特征。
无毒害的发生机制引起的强烈震动的深部开采尚未阐明。已经表示,不会引起的强烈震动破坏道路,因为他们大多发生在采空区及其有效衰减振动冲击能量(32,33]。从微震的波形记录的系统,它可以表明,强劲的东滩煤矿的矿井地震振动持续时间更长,单一的主要频率成分主要是低频,疲软的初始运动、低振幅,定位困难而影响岩爆的信号。很可能取自砂岩的特异性断裂动力学,而不仅仅是地震发生的位置,决定了矿山地震的类型(4,34,35]。本文成果类型的特点,研究了深部开采引起的强烈震动,和频繁的震动产生原因的解释是,诱导机械机制是揭示提供理论指导动态在深矿井灾害的预防和控制。
2。工程背景
东滩煤田面积59.96公里2位于邹城市的接壤地区,兖州煤业,和山东曲阜城市中国。位于核心是地质和深度兖州煤业向斜区。目前,所有采矿活动发生在第一级(660−)。主要开采煤层是3-coal-seam(3 3上3下),其中3上部煤层的埋深约670米,平均5.41米的价值。东滩煤矿分为7个矿区,和6号矿区位于南部的煤矿。停止面板包括63 upper03面板,63 upper04面板,和63年在6号矿区upper05面板。该小组63年upper06已经开采了550米。
面板的设计轨道长度63 upper06是1499 m,传输长度是1489米,倾斜的宽度为261米,海拔是604.5−−670.3米,平均是−637.4米。该小组63年upper06开采2月11日,2020年。分工的面板如图1。完全采用机械化开采技术。煤层倾角很大在西方,最高的14°倾角倾向开始削减和整体平均约4°。煤层的硬度f= 2∼3 Protodyakonov规模。
geo-formation结构揭示了# 170和#钻孔O2-D7面板的范围内63 upper06统计分析。如图2,可以识别三个关键层之间的表面和煤层的平均厚度141米,217米,30米,和煤层的距离是331米,111米,分别和13米。关键层2和3是侏罗纪砂岩层,称为成果。第一层物理力学测试发现,关键是困难,与抗压强度高达88.2 - -127.5 MPa。然而,抗压强度的成果范围从20到80 MPa,相比明显弱岩层的强度较低。
在采矿过程中微震监测结果的面板在早期阶段,6号矿区,众所周知,成果的厚度在矿山地震活动频繁的面积是480∼520(见图3)。成果和煤层普遍之间的距离不超过100米。因此,取自骨折瞬间释放出大量的能量,导致强烈的震动当取自的厚度增加,接近煤层。
3所示。表土的进化压力和能量积累特征
3.1。数值模拟
深部开采的三维数值模拟模型6号矿区构造基于的原则后,采空区的分布和厚度和岩层的物理力学性质。在图4长度,宽度,和模型的高度是2003米,1680米,286米,分别。进化压力、应力集中程度和能量积累特征的岩石地层的煤层在开采过程中面板63 upper06计算。
(一)
(b)
3.2。板的应力演化和能量积累特征
该小组63年upper06拥有先进的550.2米。板63 upper03 63 upper04和63 upper05出土。采空区的存在必然会产生巨大影响的应力分布和能量积累面板(27,36]。当上覆岩层上的负载超过其强度、上覆岩层坍塌。在图5对矿区内,最大主应力分布在一个有限的范围内的面板,和最大主应力值已达到68 MPa。
最大主应力分布的煤层和上覆地层的延续工作面临63 upper06 1350进行了分析。图6显示最大主应力的演变以及采矿工作面发展的方向。最大主应力的分布在空间三维的面板63 upper06表明,最大主应力值达到59.8 MPa。在图7,最大主应力的当前状态工作面63提前upper06约650米的最高价值。最大主应力倾向于减少在随后的进步。工作面进步到750达到最小值,然后逐渐上升。
如图8,大量的能量存在于取自砂岩和关键层以上煤层工作面63 upper06先进到650米,它提供了一个能源基础产生强烈震动。
4所示。我研究进化定律强烈震动
4.1。我强烈震动的空间分布规律
我总共25强震动实际上是位于面板63 upper06生产期间(匹配13,2020年11月30日,2020年)。调整后 - - - - - -波震动的最初到达时间,获得强大的矿山地震的分布如图9。地震主要集中在远处开始削减约230到489米的,大约在第一广场和第二广场之间的区域。
我强烈地震主要发生在工作面前后300米范围(见图10)。逐渐进步的工作面,大多数地震发生在工作面前和处于波动状态,除了第一个强大的地震发生在开始削减面板的后面。首先我与矿业、强震动发生位置远离提取位置,逐渐接近工作面,然后转移到工作面。总的来说,有一种倾向对我强烈震动转向一边的采空区。它表明强劲我的震动63面板upper06受到上覆岩层结构的影响。
在图11,大型能源矿山地震大多分布在关键层2和3的地震的空间分布。考虑因素,如关键层的瘦1和定位精度的影响,较少直接在关键层1矿井地震发生。绝大多数我强烈的震动产生低影响煤矿安全生产。因此,它可以证实我强烈地震发生在关键层2和3不诱发灾害的重要方面,但他们会造成强烈的冲击在地上。与此同时,大型能源矿山地震信号也较低的岩层监测。我强烈的地震信号,发生于11月30日,2020年,在09:41:29为例。计算表明,它的错误Z方向高程误差是46.8米。校正之后,它应该位于关键层1在空间的位置。
我强烈震动面板63 upper06从远场地层倾向于发展较低的岩层。关键层的断裂后,几个我强烈的震动将陪同下地层(4,28,37]。远场的断裂层将作为负载直接在近地层上,这是非常消极的为较低的层的正常休息,特别是对关键层1 (38- - - - - -40]。释放的能量由近场岩层破碎立即应用于煤层,disaster-causing效应大于远场层,因为它更接近于煤层,具有更高的强度。因此,从上面的分析可以推断出来,更重要的是治疗下岩层比越高。
4.2。我强烈的震动能量释放特征
图12显示了矿山地震能量的统计曲线以及频率和提取位置面板63 upper06从2月15日,2020年,2020年11月29日。大型能源矿山震动的形式大多是单一的峰,表明强烈的震动在面板63 upper06有个性的人物12(一个)。没有显著的能量和频率的变化源地区和周边地区之前和之后的发生强烈的震动,反映比瞬时能量不稳定结构遮挡不稳定。
(一)
(b)
强烈地震主要发生在一系列540在工作面前方和后方,这可能影响到多达300 240的方向发展和地区采空区的方向。然而,不利的情况是,大型能源开采的工作面位置附近的地震发生在统计时间内,这就增加了disaster-causing矿山地震的诱发岩爆的风险。
我的频率和能量分布规律的震动在面板63 upper06如图12 (b)后消除大型能源震动(> 105 J)。可以看到,有一种强烈的一致的频率曲线和能量曲线,这是类似于大多数矿山监管的趋势。地震的统计分析表明,东滩煤矿大型能源地震主要发生在更高的层次,和小能量地震主要发生在较低的地层煤层之上。峰值的影响较低的地层超高大约是在130的位置,这是我的主要领域集中地震释放,影响和最远的位置,可以是370米。
结果,我强烈震动造成的破损的高层屋顶面板63 upper06和小能量地震发生在较低的屋顶和煤两种不同类型的能量释放。强地震分布在前面和后面的工作面,而小能量地震主要分布在工作面前。考虑远场岩层之间的相关性和近地层断裂,综合确定小组63年upper06矿业监管可能会影响约350米的范围。
5。我强烈震动的机械机制研究
人们普遍认为,岩层越越难骨折,但成果砂岩的破碎频率显著更高。另一方面,这意味着整个高成果更容易断裂,6号矿区的开采,这将导致高能矿山震动现象。原因是取自并不难,但强大的完整性和大厚度存在密切的关系。如图13的强烈震动,大多数发生在6号的东滩煤矿矿区low-frequency-type地震。我强烈震动的平均优势频率63面板upper06统计分析后发现2 - 4赫兹25地震波形的事件。波形信号通常表现为裂缝持续时间长,低里程,反映的弱disaster-causing特征强烈的震动。
进一步分析和确定机制发生强烈的地震,地震信号图13作为一个例子,其来源参数计算了地球物理方法(如地震矩、拐角频率、圆半径,来源和压力下降)(41- - - - - -44]。它可以看到地震断裂的持续时间越长,圆形源半径越大,应力降越小,疲软的主要原因引起的岩爆的影响强烈的成果类型矿山震动。通过综合分析记录25个地震p波初始运动信号,它是显示疲弱的初始运动的成果类型地震信号与低压力下降是一致的。结果表明,成果类型强矿物地震活动可能不需要生成一个高压力环境。初步推断,它属于取自结构不稳定类型矿山地震。释放的能量产生的重力势能主要来自取自(表1)。
基于矩张量反演方法分析震源机制(41,45,46结果在图),解决方案14。结果表明,取自我震颤包含shear-fracturing和tensile-fracturing组件,和综合性能是一个混合压裂由拉伸断裂机制。
6。结论
我强烈震动的机械机制不是澄清下深煤层的开采。本文基于数值模拟,现场微震监测、矩张量反演、矿山地震的空间分布特征和力学机理以及上覆岩层压力的演化规律。可以得出以下结论:(1)可以确定三个关键层表面与煤层之间的综合分析在6号东滩煤矿矿区地层结构。数值模拟结果表明,大量的能量积累在厚和硬煤层上方岩层,它提供的能量基础岩层断裂产生强烈震动。(2)我最强烈的地震发生在提取位置在前面板,和有一种倾向,将转移到采空区。这表明强烈的地震在63年面板upper06主要受到当地表土结构。与此同时,大型能源矿山震动都集中在高层关键层,但是一点发生在较低的关键层。(3)不匹配高能矿山地震释放的位置和微震的积累被分析高能和低能矿山地震的分布随着工作面开采。这意味着没有弹性能量积累下围岩发生之前,我强烈震动。它强调了取自破损了结构性闭塞不稳定而不是瞬时能量不稳定,带来巨大困难的大型能源预警地震。(4)成果类型我强烈地震的特点大圆形源半径、断裂时间长、小转角频率,弱p波初始运动,低压力下降,没有在东滩煤矿disaster-causing房产。这表明,巨大的厚,摘要素成果很容易在大规模断裂。地震事件属于强大的矿山地震由拉伸断裂结构不稳定。
数据可用性
在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。