矿山地震(矿震)是采矿诱发的局域性地震,它具有震级较小、震源较浅、对地表影响较大等特点,矿山地震对地表损伤的影响日益引起人们的关注,因此探讨矿山地震对地表损伤的影响效应具有很重要的意义。本文从理论分析、数值模拟、实测数据统计分析等方法综合研究了矿震对地表损伤变形的影响规律,主要取得如下成果:(1)在回采过程中由于上覆坚硬顶板破断及震动效应,会产生顶板突然破断后岩层的下沉,同时震动会改变破碎岩土介质的密实度,当有矿震参与时将影响地表下沉。基于影响函数法的地表损伤变形预计方法,引入矿震影响因子K_s,建立了矿震扰动下地表变形损伤参数计算模型,得出矿震扰动后地表下沉为:(?)水平移动为:(?)水平变形为:(?)即在有矿震扰动情况下,地表的下沉、水平移动和水平变形与无矿震扰动相比均会存在差异。(2)利用UDEC数值模拟了震源正上方岩土层的质点震动速度、加速度峰值和沉降位移规律。结果表明,在震源深度一定的情况下,矿震能级越高,对地表的损伤越大;在同能级的矿震应力波扰动下,震源正上方的地表质点震动速度、加速度峰值和沉降位移量随震源深度的增加而减小,震源距离地表越近,质点峰值速度和加速度越高,地表位移越大;岩层强度越高,矿震波衰减越慢,震源正上方的质点震动速度、加速度峰值和沉降位移量越大。震源深度250 m的矿震,当矿震能级从10~2 J到10~7 J时,震动速度峰值从0.38m/s变为1.01 m/s,增幅165.8%,震动加速度峰值从19.5 m/s~2变为37.5 m/s~2,增幅92.3%,影响半径由450 m增至550 m。当发生10~4~10~7次能量级别的矿震时,速度峰值大于0.5 m/s,达到了地表民用建筑物破坏标准。能级为10~6~10~7 J的矿震,在震源深度为250 m时,地表竖向速度、加速度峰值和沉降位移峰值急剧增大,速度和加速度峰值分别为为1.01 m/s和37.5 m/s~2,与无矿震影响相比,竖向位移增量0.509 m,增加比例达到了163.7%,影响半径550 m;当震源距离地表小于300 m时,地表竖向速度峰值将大于0.5 m/s,达到了地表民用建筑物的破坏标准。在能级为10~6~10~7 J的矿震扰动作用下,坚硬岩层(定义岩层系数1)地表质点的沉降位移峰值为0.643 m,远大于软弱岩层(岩层系数0.2)时的沉降位移峰值0.245 m。模拟结果表明,矿震对地表的损伤影响程度与矿震能级、震源深度和覆岩属性有关,由这三个因素共同决定。(3)统计分析了东滩矿某区域工作面开采期间的矿震事件发生规律。该矿开采诱发的震动以10~2~10~3 J、10~3~10~4 J之间的较小能量释放矿震事件为主,10~5 J以上的较强矿震事件相对较少。矿震多发于地质构造、基本顶的周期断裂以及上覆高位巨厚“红层”砂岩中,震源深度在200~660 m之间。根据分析东滩矿的矿震震源深度及能量级别,得出该矿的10~4 J以上的较高能级矿震会对地表的损伤及沉降造成一定的影响。(4)东滩矿某工作面实际开采过程中,地面监测台站监测到2次大能量矿震,分别为9.0×10~6 J和1.45×10~7 J,震源深度约为500 m和400 m。根据矿井实际地质及开采条件,采用数值模拟方法分析了在无矿震情况下,工作面开采地表的沉降数值,预计最大下沉值分别为0.436 m和0.453 m。通过对地表沉降的实测结果表明,2次矿震发生后,最大下沉值分别为0.653 m和0.878 m,比无矿震时的预计值增加了0.217 m和0.425 m,表明开采过程中的矿震会增加地表的损伤及沉降。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD325.2
【部分图文】：
L物。最严重的矿震发生在波兰，地面形成大量塌陷区，同时严重损毁了物。东滩煤矿（见图 1-1）于 1989 年底开始投产，设计年产量为 400 万吨实际原煤产量 800 万吨/年以上。第一开采水平标高为-660 m，第二开高为-745 m，现地表标高平均为 49.7 m，是充州矿区采深最大的矿井
age and Deformation Based on Influence Function Method如图 2-1 所示，影响函数法[91]的理论基础也即叠加原理，设 ab 段内煤采（未受矿震扰动），每个小段的开采长度为 xi ，其开采对地表点 A沉影响为iA W。则总的开采对地表 A 的下沉影响应为各个小段 开采的总和。
在上式（2-3）中， f ( x )即影响函数，我们由积分的定义和性质可以得震扰动下ab段煤层开采引起地表观测点A的沉降量即为影响函数 f ( x , b )内与 f ( x ) 0之间所围的面积的sK 倍。对于半无限开采地表下沉的剖面方程，设工作面自很远处开采并停止取地面横坐标与煤层面横坐标重合图（图 2-2），则 ( )sW x 为：
【参考文献】
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本文编号：
2882369
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