煤矿矿震破裂机制及其震源力学参量响应规律研究

发布时间：2020-08-17 17:15

【摘要】：随着我国煤矿开采深度与强度日趋增长,冲击矿压灾害也愈发严重。矿震是冲击矿压孕育及诱发的重要影响因素,因此,研究矿震震源破裂机制对完善冲击矿压致灾机理至关重要。本文提出以相对矩张量反演法作为煤矿矿震破裂机制的反演方法,基于微震实测条件优化了矩张量反演矩阵的构建形式,提出了适用于煤矿矿震的破裂机制判识方法,分析了关键震源参量的特征及相关关系,研究了不同特征条件下矿震破裂机制与震源力学参量响应规律,主要结论如下:基于煤矿开采特有的地质条件、空间尺度以及微震台网布置等特点,研究得出相对矩张量反演法更适用于开展煤矿矿震破裂机制研究。进一步结合现场监测实际优化了反演矩阵的构建形式,提出了相对矩张量反演法所需震源与射线数条件、远场位移条件,并完成了煤矿矿震破裂机制的Matlab程序开发。矿震震源模型属于一般位错震源模型,提出利用粒子群算法求解矿震矩张量参数,并将震源矩张量分解为ISOM+DCM+CLVDM;提出以位错夹角作为判识矿震破裂机制的基本参数,并以煤岩体抗压、抗剪、抗拉强度比作为划分不同破裂类型的依据。利用粒子群算法优化了基于Brune圆盘模型的震源力学参量求解方法,以震源库内冲击震源为研究对象,研究了冲击震源关键震源力学参量特征。结果表明,表征破裂强度的地震矩与辐射能量之间存在正相关对数关系;视体积可表征不同震源扰动规模的差异,震源半径则偏向于表征破裂的宏观属性;应力降偏重于表征矿震整体破裂效应,而视应力偏重表征矿震破裂效率。不同类型震源力学参量相关关系研究结果表明,冲击震源的地震矩与视体积、应力降之间存在明显正相关对数关系;视体积与应力降之间存在正相关对数关系,且两者整体水平与现场显现剧烈程度之间存在正相关关系;视应力与现场显现程度存正相关关系,可单独作为评价震源显现强度的指标。基于震源力学参量相关关系的提出了震源危险性指数T,用于表征震源的冲击危险程度。研究结果表明基于T值的判识结果是对基于辐射能量评价结果的修正与优化,有利于提高冲击危险监测预警效率。褶皱构造主控型矿震破裂类型以拉张破裂主,破裂形式表现为煤岩层垮落与离层;深埋断层主控型矿震破裂类型以剪切破裂为主,破裂形式表现为断层构造剪切滑移与煤岩体受压状态下剪切破坏;高应力煤层型矿震破裂类型以剪切破裂为主导,源自于高应力状态下煤柱剪切破坏;不同特征条件下不同破裂机制矿震的震源力学参量相差不大,但主导破裂机制矿震具有明显较高视体积,表明更多煤岩体介质参与其破裂过程。论文为深入挖掘多元矿震信息与指导现场冲击矿压预警与解危提供科学依据。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD324
【图文】：

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资源开采强度的增大和开采深度的增加，冲击矿压矿的强度和频度明显增加。据不完全统计，截止 2019 53 对，遍布全国各个产煤大省，如图 1-1 为全国历年8 年 10 月 20 日，山东龙郓煤业有限公司 1303 工作面矿压事故，造成 21 人死亡、4 人受伤，直接经济损失 5，辽宁省沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿西三上采区重大冲击矿压事故，造成 10 人死亡、1 人轻伤，直接 1 月 17 日，山西中煤担水沟煤业有限公司发生一起亡，直接经济损失 1517.46 万元[102]；2016 年 9 月 25 司峻德煤矿三水平北三四区 21 层一段切眼掘进工作亡[103]；2014 年 3 月 27 日，河南能源化工集团义煤公成 6 人死亡[104]，频繁发生的煤矿动力灾害事故，使战。2535000

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地震学中研究的震源机制与矿震的震源机制是不同的，地震学中地震，其震源机制是假设为剪切破坏情况下对剪切断层面的空间方位与滑，而矿震中的震源机制主要是指受采动影响煤岩体的破裂机制，其震源机的，无法仅被假设为剪切破裂这种单一破裂形式。Horner R B 与 Hasega震特点，将矿震分为如图 1-2 所示的 6 类，包括采空区顶板冒落、煤柱破、正断层、逆断层与近水平俯冲断层[105]。Ju Ma 将矿震的破裂类型归结为采矿爆破、采空区顶板冒落、拉张破坏与断层滑移[107]。(a) 采空区顶板冒落 (b) 煤柱破坏(c) 张性断裂 (d) 正断层

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（4）矿震震源机制与震源力学参量响应规律研究基于上述构建基本理论体系，以我国不同特征条件下采动煤岩体破裂诱发的冲击震源与危险性矿震进行震源机制与震源力学参量分析，得出不同特征条件下矿震震源机制与震源力学参量响应规律，为深入挖掘震源破裂信息提供思路与理论依据。论文研究技术路线如图 1-3 所示。

【参考文献】