亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        復雜地質構造區(qū)煤巖動力災害機制與防控研究

        2021-10-17 14:00:06王正義
        煤礦安全 2021年9期
        關鍵詞:褶曲斜軸微震

        王正義,何 江

        (1.常州工學院 土木建筑工程學院,江蘇 常州 213032;2.中國礦業(yè)大學 礦業(yè)工程學院,江蘇 徐州 221116)

        煤礦深部開采過程中,各種煤巖動力災害在采掘過程中頻繁發(fā)生。礦井微震的發(fā)生很有可能引發(fā)動力災害,如沖擊地壓、煤與瓦斯突出等[1-2]。近年來,隨著微震監(jiān)測水平的提高,我國涌現(xiàn)了大量關于煤巖動力災害微震監(jiān)測預警的研究工作。竇林名等[3]揭示了震源震動機制及微震監(jiān)測實時、動態(tài)、區(qū)域等特點,并采用微震監(jiān)測技術研究了煤巖體變形破裂釋放的能量及主震低頻特征;姜福興等[4]基于微震監(jiān)測手段,分析了厚層礫巖活動、斷層活化和關鍵層破裂是動力災害的主要原因,揭示了不同構造類型條件下微震事件的分布特征,并將其作為沖擊危險預警指標;夏永學等[5]分析了采煤工作面超前支承壓力和微震事件分布的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)圍巖震動呈現(xiàn)出高能量和低頻次的特征,提出了適宜的工作面推進速度;陳學華等[6]結合SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)值模擬,指出區(qū)域內日震動釋放總能量和震動次數(shù)隨著回采工作面的臨近起伏增大,強烈微震活動前經(jīng)常有弱震活動。研究表明,微震是采掘工作與區(qū)域構造應力場疊加作用的結果,微震的發(fā)生與構造應力密切相關。姜福興等[7]采用微震監(jiān)測方法,研究了構造控制型沖擊地壓的分類和預警方法,提出了將構造控制型沖擊地壓分為增壓和減壓2種類型;王國瑞等[8]指出當工作面過褶曲構造時,由于破壞褶曲內部原來的應力狀態(tài),必然導致礦震的發(fā)生,而微震監(jiān)測技術可用于預測預報動力災害。因此,研究礦井復雜地質構造區(qū)工作面采掘過程中的微震活動規(guī)律對于保證煤礦安全生產具有重要意義。為此,以胡家河礦為工程背景,基于ARAMIS微震監(jiān)測系統(tǒng),研究在褶曲、斷層、特厚堅硬煤層、多巷煤柱等多因素影響下的復雜地質構造區(qū)條件下,工作面開采期間的微震活動規(guī)律以及煤巖動力災害機制,并據(jù)此提出針對性的防控措施,以期為類似地質和開采條件下的礦井災害防治提供參考。

        1 礦區(qū)概況

        1.1 礦區(qū)地質構造

        彬長礦區(qū)主要為單斜構造,由4個向斜和2個背斜組成。彬長礦區(qū)胡家河礦的地應力測試結果表明:該礦的最大主應力接近水平方向,最大水平主應力σH約為垂直主應力σv的1.84~2.20倍,表明地應力場主要受水平構造應力的支配。

        1.2 采區(qū)動力災害與微震監(jiān)測

        401采區(qū)為胡家河煤礦首采區(qū),開采深度平均700 m。401102工作面為401盤區(qū)的第2個工作面,傾向長180 m,走向長1 560 m,平均煤厚23 m,采用分層放頂煤開采,首采上分層。基于沖擊危險性鑒定結果,4#煤上下分層均具有強沖擊危險,而頂板具有弱沖擊危險。401102工作面上覆4層關鍵層頂板,其中基本頂為粉砂巖(23.7 m),對工作面采掘期間的動力顯現(xiàn)影響最顯著。詳細的覆巖關鍵層參數(shù)見表1。

        表1 覆巖關鍵層參數(shù)Table 1 Parameters of key strata

        401102工作面內褶曲、斷層發(fā)育,賦存A1和A3向斜,褶曲構造參數(shù)見表2。F5斷層為正斷層,斷層傾角35°,落差6~10 m。

        表2 褶曲構造參數(shù)Table 2 Parameters of folded structures

        鄰近的401101工作面已回采完畢,401102工作面布置有運輸巷、回風巷、灌漿巷和泄水巷,其中401102工作面與401101采空區(qū)之間有3條寬為20 m煤柱,形成多巷煤柱。401102工作面布置示意圖如圖1。

        圖1 401102工作面布置示意圖Fig.1 Layout of 401102 working face

        401102工作面在采掘期間微震活動頻繁,且動力擾動顯著強于相鄰的401101工作面?,F(xiàn)場巷道圍巖變形嚴重,以動力型底鼓為主。

        為了能夠對煤巖動力災害進行實時監(jiān)測,該礦從波蘭引進了ARAMIS微震監(jiān)測系統(tǒng)。微震監(jiān)測系統(tǒng)探頭布置如圖2。

        圖2 微震監(jiān)測系統(tǒng)探頭布置Fig.2 Probe layout of micro-seismic monitoring system

        2 微震時空分布規(guī)律

        2.1 微震活動空間分布特征

        研究微震空間分布規(guī)律有助于研究煤巖動力災害的發(fā)生機理,同時能夠指導動力災害的預防與控制。401102工作面回采期間大能量微震分布如圖3(>105J)。由圖3可知,大能量微震主要分布在A1和A3向斜附近,表明高構造應力是微震發(fā)生的主導因素。然而A3向斜附近強微震數(shù)量明顯多于A1向斜,且微震能量大(>106J)。此外,A3向斜臨近401102工作面多巷煤柱附近的微震數(shù)量較其他區(qū)域明顯要多。原因為:A3向斜軸部與F5斷層交錯,褶曲構造應力與斷層構造應力疊加使得該處積聚大量彈性能;由于多巷煤柱中各煤柱寬度均為20 m,使得煤柱中可積聚較大的彈性能。由沖擊危險性多因素耦合理論,A3向斜偏多巷煤柱區(qū)一側具有強沖擊危險,為強微震多發(fā)區(qū)域。值得注意的是,幾次較大能量的微震發(fā)生于鄰近多巷煤柱側的401101采空區(qū)內,這是受401102工作面的采動影響下,401101采空區(qū)上覆主關鍵層破斷并誘發(fā)大能量微震。

        圖3 401102工作面回采期間大能量微震分布(>105 J)Fig.3 Distribution of large energy micro-seismic events(>105 J)in 401102 working face during mining

        401102工作面回采期間微震總能量與總次數(shù)統(tǒng)計如圖4。圖4為以50 m為1個分區(qū)工作面回采鄰近A3向斜時發(fā)生微震總能量與總次數(shù)的統(tǒng)計圖。由圖4可知,微震總能量與總次數(shù)分布規(guī)律一致性較好,絕大多數(shù)微震(83.4%)分布在距A3向斜軸部兩側200 m范圍內。其中,大能量微震多發(fā)生于A3向斜軸部前后50 m(-50~50 m)范圍內,表明微震活動與構造應力集中區(qū)域密切相關,向斜軸部構造應力最為集中,最易發(fā)生動力災害。

        圖4 401102工作面回采期間微震總能量與總次數(shù)統(tǒng)計Fig.4 Statistics of total energy and times of microseisms in 401102 working face during mining

        此外,401102工作面面回采過程中,在靠近運輸巷的實體煤側同樣有大量微震事件發(fā)生,401102工作面運輸巷實體煤側微震分布如圖5。由圖5可知,實體煤側微震事件能量均較?。?03~104J),在回風巷外側50 m范圍內均勻分布。這體現(xiàn)出受采動影響及側向支承壓力作用下的煤體破壞情況。而在A1和A3向斜附近的微震事件(少數(shù)能量>105J)基本位于實體煤深部約100 m處。深部煤體在沒有采掘影響下破裂并伴生小能量微震,這表明煤體已處于極限平衡狀態(tài),微弱的采掘擾動即可誘發(fā)煤體失穩(wěn)。由于空間所限導致煤體中積聚的彈性能不能全部釋放,煤體仍處于非穩(wěn)定平衡。在接續(xù)工作面采掘過程中很有可能發(fā)生強微震,尤其是鄰近向斜處,將會是接續(xù)工作面動力災害防治的關鍵區(qū)域,須提前采取解危工作。

        圖5 401102工作面運輸巷實體煤側微震分布Fig.5 Distribution of micro-seismic events in coal mass of transport roadway in 401102 working face

        2.2 微震時間序列特征與前兆規(guī)律

        401102工作面臨近A3向斜的微震活動時序特征分布如圖6。圖6為從2015年2月6日工作面運輸巷至向斜軸100 m,工作面回風巷距向斜軸180 m,到2015年4月6日401102面剛離開向斜軸部區(qū)域的微震活動性時序分布。由圖6可以看出,當工作面距向斜軸180 m時,開采活動開始影響向斜軸部煤巖系統(tǒng)的平衡,煤巖體發(fā)生破裂并釋放彈性能,進而誘發(fā)微震。此階段微震活動頻繁,大量能量釋放,強震誘沖的周期比較短。由動力顯現(xiàn)前的微震活動規(guī)律知,在向斜軸部的動力顯現(xiàn)發(fā)生前震動頻次持續(xù)上升,然而微震能量未有相應升高,反而還有所降低。小能量微震數(shù)量明顯增加,表明煤巖結構加劇破壞,從而導致煤巖體系的失穩(wěn)。隨著401102工作面回采,強微震周期增大,表明褶曲構造的影響逐漸衰弱,微震活動步入穩(wěn)定階段。

        圖6 401102工作面臨近A3向斜的微震活動時序特征Fig.6 Time series characteristics of micro-seismic activity near A3 syncline in 401102 working face

        3 煤巖動力災害主控因素及發(fā)生機制

        由上述分析結果可知,401102工作面微震活動以及動力災害的影響因素以構造應力為主導,同時受到多巷區(qū)段煤柱和采空區(qū)覆巖結構的耦合影響,下面針對各主控因素依次進行分析。

        3.1 褶曲構造影響

        研究表明[9],當工作面回采至向斜軸部附近時,動力災害發(fā)生次數(shù)和危險程度均明顯升高。褶曲區(qū)域動力顯現(xiàn)危險分布如圖7。圖7中,σx和σz分別為煤巖體的水平應力和鉛直應力,Pa;R為褶曲的軸面距離,m;I區(qū)為褶皺向斜區(qū)域,其應力狀態(tài)為鉛直壓力、水平拉力,最易發(fā)生冒頂;II區(qū)為褶皺翼部,其鉛直和水平應力均為壓力,最易發(fā)生沖擊地壓;Ⅲ區(qū)為褶皺背斜區(qū)域,其應力狀態(tài)為鉛直拉力、水平壓力,是最大礦山壓力區(qū)域。

        圖7 褶曲附近動力災害危險分布Fig.7 Risk distribution of dynamic disasters near folds

        401102工作面A1和A3均為向斜構造,由于水平方向擠壓而積聚大量彈性能,在工作面開挖卸荷影響下易導致彈性能突然釋放誘發(fā)強微震。

        3.2 斷層構造影響

        斷裂構造破壞頂板連續(xù)性,使其失去傳遞載荷的作用。工作面回采期間接近斷層區(qū)域時,超前支承壓力的數(shù)值模擬結果[10]如圖8。當工作面接近斷層時,超前支承壓力的正常前移受阻,從而采場覆巖壓力主要集中在工作面與斷層面之間的煤體,該處煤體支承壓力顯著增加。

        圖8 向斷層區(qū)域推進時工作面超前支承壓力變化Fig.8 Advance abutment pressure of working face when excavating towards fault area

        401102工作面處于高構造應力區(qū),在較高支承壓力和高構造應力的耦合影響下,F(xiàn)5斷層附近煤巖積聚大量彈性能,在采掘擾動下,極易導致斷層活化而產生強微震。

        3.3 多巷煤柱影響

        對于多巷煤柱而言,其所承受垂直應力呈馬鞍形分布,多巷承載煤柱受力狀態(tài)如圖9。圖9中,ρ為上覆巖層的平均密度,t/m3;H為采深,m;K為應力集中系數(shù);I區(qū)、Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)分別為煤柱松動區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū),其中彈性區(qū)(Ⅲ區(qū))是主要承載部分,可形成積聚彈性能的“彈性核”[11]。401102工作面多巷煤柱寬度為20 m,煤柱彈性區(qū)較大且存在“彈性核”,采動影響下很難被完全“壓酥”,煤柱所積聚彈性能將成為誘發(fā)動力災害的基本靜力條件。

        圖9 多巷承載煤柱受力狀態(tài)Fig.9 Stress state of bearing coal pillar with multiple roadways

        3.4 采空區(qū)覆巖結構影響

        401102工作面與相鄰401101采空區(qū)間的多巷煤柱寬度為70 m。隨著401102工作面推進,多巷煤柱區(qū)域類似于孤島面,其覆巖結構破斷形式與“T”型破斷結構[12]相似,由于其兩側工作面長度一致,當工作面回采接近多巷煤柱時,主關鍵層發(fā)生破斷,短臂對稱“T”型結構形成,從而誘發(fā)大能量震動,極易導致動力顯現(xiàn),采空區(qū)覆巖短臂對稱“T”型結構如圖10。

        圖10 采空區(qū)覆巖短臂對稱“T”型結構Fig.10 Symmetrical“T”structure of short arm of overburden in goaf

        3.5 動力災害發(fā)生機制

        當采掘空間附加的煤巖體中的靜載荷與采掘活動引起的動載荷疊加,超過了煤巖體發(fā)生動力災害臨界載荷時,就會誘發(fā)動力災害,可表示為[13]:

        式中:σs為煤巖體中的靜載荷;σd為工作面采掘引起的動載荷;σbmin為煤巖動力災害發(fā)生的最小載荷。

        胡家河礦實測地應力中水平應力為最大主應力,因此,水平應力對采掘影響最為顯著。由于巷道均為煤巷,在頂?shù)装甯咚綉τ绊懴聦⒁皂?、底板動力顯現(xiàn)為主,而頂板和煤層分別為弱和強沖擊傾向性,且煤巷底板厚度達10 m,容易積聚大量彈性能。高靜載下底煤雖未超過但已接近沖擊臨界載荷,在動載擾動作用下極易達到動力災害判據(jù)(式(1))而發(fā)生動力顯現(xiàn)。因此,胡家河礦復雜地質構造區(qū)特厚堅硬煤層底板沖擊屬于靜載主導型,動靜載疊加誘發(fā)動力災害原理如圖11。圖11中,σx和σz分別為煤巖體的水平應力和鉛直應力,Pa;σd為工作面采掘引起的動載荷,Pa;此時覆巖結構破斷失穩(wěn)引起的采動動載在煤巖動力災害中起到誘發(fā)作用。

        圖11 動靜載疊加誘發(fā)動力災害原理Fig.11 Principle of dynamic disaster induced by superposition of dynamic and static loads

        4 災害防控技術

        4.1 工作面推進速度控制

        復雜地質構造區(qū)微震活動是以構造應力為主導并由采掘活動誘發(fā)產生,與工作面生產息息相關,尤其是推進速度。2015年1月1日至2015年1月31日401102工作面推進速度與微震頻次分布如圖12。

        圖12 401102工作面推進速度與微震頻次分布Fig.12 Distribution of advancing speed and microseismic frequency in 401102 working face

        由圖12可知,推進速度與微震頻次的時序特征較為一致,即震動頻次與推進速度呈現(xiàn)正相關。而圖6表明在強微震發(fā)生前,震動次數(shù)有持續(xù)上升的趨勢,可通過控制工作面推進速度降低強微震的發(fā)生概率。因此建議工作面勻速平穩(wěn)推進,在401102工作面距A3向斜軸部200 m起保持2.4 m/d(日進3刀)的進尺。

        4.2 超前卸壓措施

        基于強度弱化減沖原理[14],采取鉆孔卸壓和超前爆破聯(lián)合解危技術,實現(xiàn)對煤巖體的弱化解危,進而降低動力災害風險。

        回采期間在超前401102工作面300 m以外,對強危險區(qū)域實施幫部和底板大直徑鉆孔,401102工作面大直徑卸壓鉆孔布置如圖13(掘進期間已打卸壓孔用黑色實心孔表示)。

        圖13 401102工作面大直徑卸壓鉆孔布置Fig.13 Layout of large diameter pressure relief boreholes in 401102 working face

        此外,針對多巷煤柱與A3向斜疊加作用的強危險區(qū)域,除了在煤體中實施大直徑卸壓鉆孔外,還需配合頂板深孔爆破,即通過深孔爆破實現(xiàn)弱化頂板強度、破壞厚硬頂板整體結構、減小頂板懸露長度、增加震動波衰減系數(shù)。401102工作面頂板深孔爆破布置如圖14。

        圖14 401102工作面頂板深孔爆破布置Fig.14 Layout of deep hole blasting in roof of 401102 working face

        頂板爆破需基于現(xiàn)場微震活動,即當頻次持續(xù)升高而能量較為穩(wěn)定或略有下降時,及時采取爆破卸壓人為誘發(fā)震動,從而降低動力災害危險程度。

        5 結 論

        1)微震事件主要發(fā)生在A3向斜軸部前后200 m范圍內,強微震發(fā)生前,微震頻次持續(xù)上升但能量表現(xiàn)為“平靜”或下降趨勢,可作為預測復雜地質構造區(qū)煤巖動力災害的前兆信息。

        2)復雜地質構造區(qū)微震活動的主控因素以構造應力為主導,同時受到回采擾動、多巷煤柱和采空區(qū)覆巖結構的耦合影響。胡家河礦特厚堅硬煤層賦存條件易發(fā)生靜載主導型底板沖擊,其中采動動載起到誘發(fā)動力災害的作用。

        3)推進速度與震動頻次具有明顯的一致性,工作面低速平穩(wěn)推進配合超前卸壓可有效防控復雜地質構造區(qū)的煤巖動力災害,其中超前卸壓措施包括大直徑鉆孔卸壓和頂板深孔預裂爆破技術。

        猜你喜歡
        褶曲斜軸微震
        淺談KJ768煤礦微震監(jiān)測系統(tǒng)的應用
        新疆鋼鐵(2021年1期)2021-10-14 08:45:48
        斜軸墨卡托投影在水利工程中的應用探討
        長平煤業(yè)5302 綜放工作面頂板巖層移動規(guī)律研究
        魅力中國(2020年46期)2020-02-02 11:50:08
        斜軸墨卡托投影及其在航海中的應用?
        離堅合異
        關東學刊(2019年6期)2019-01-10 06:59:29
        基于隸屬度分析的回采面沖擊地壓微震能量閾值判定
        中國煤炭(2016年1期)2016-05-17 06:11:34
        三維地震勘探方法在某煤礦區(qū)中的應用
        三維地震勘探技術在內蒙礦區(qū)的運用
        鐵路工程控制網(wǎng)斜軸圓柱投影計算方法研究及軟件研制
        鐵道勘察(2015年2期)2015-03-16 11:34:42
        大采深地質構造復雜礦井應力集中模擬預測研究
        日韩精品专区av无码| 日韩女优中文字幕在线| 国产伦一区二区三区久久| 亚洲一区二区在线观看免费视频 | 亚洲精品第一页国产精品| 少妇av免费在线播放| 中文字幕人妻日韩精品| 国产做国产爱免费视频| 婷婷亚洲综合五月天小说| 成激情人妻视频| 国产片在线一区二区三区| 久久99热狠狠色精品一区| 欧美性猛交xxxx乱大交蜜桃| 熟女白浆精品一区二区| 中文字幕国产亚洲一区| 国精产品一区一区三区有限公司杨 | 久久精品国产久精国产爱| 久久国产热这里只有精品| 一区五码在线| 懂色av一区二区三区网久久 | 国产精品一区二区三区四区亚洲| av免费网址在线观看| 99久久久无码国产aaa精品| 国产三级在线看完整版| 一本色道久久88—综合亚洲精品| 国产又a又黄又潮娇喘视频 | 国产美女av一区二区三区| 人妻中文字幕日韩av| av无码人妻中文字幕| 无遮挡十八禁在线视频国产制服网站| 中文字幕日韩精品亚洲精品| 人人爽久久久噜人人看| 国产95在线 | 欧美| 18禁黄无遮挡免费网站| 91精品国产在热久久| 中国人妻被两个老外三p| 毛片av在线播放亚洲av网站| 免费人成黄页网站在线一区二区| 亚洲愉拍99热成人精品热久久| 亚洲天堂手机在线| 精品午夜中文字幕熟女|