煤矿覆岩矿震关键层及其破断释能机制
窦林名1
曹晋荣1
曹安业1
蔡武2
巩思园1
鞠明和3
周坤友4
阚吉亮4
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 2211163.中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州 2211164.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001
摘要：覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础.采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震之间的关系.提出了覆岩矿震关键层概念,总结了覆岩矿震关键层特征及其与关键层之间的区别联系,給出了覆岩矿震关键层判识方法.通过分析覆岩矿震关键层破断过程中的裂隙发育和能量演化规律,揭示了覆岩矿震关键层破断释能机制.结果表明:①煤矿震动事件包括微型震动、高能震动和矿震,煤矿矿震可划分为覆岩型、断层型、煤柱型、底板型、褶曲型和复合型;②覆岩矿震关键层是指顶板中一层或数层对覆岩型矿震的发生和分布具有控制作用的关键岩层(组),根据空间赋存位置,可将其分为高位和低位2种类型;③考虑厚硬岩层破断条件和能量条件,提出了覆岩矿震关键层判别方法,案例分析表明该方法具有一定的正确性和适用性;④除采空区两侧的裂隙带外,覆岩矿震关键层与低位顶板之间出现水平剪切裂隙,层间节理应变能和剪切耗散能集中,岩层间发生剪切-错动.此外,覆岩矿震关键层内部还出现了水平向的层内裂隙,层内存在节理应变能和剪切耗散能聚集区,覆岩矿震关键层具有分层破坏特征;⑤当岩体所承受的实际最大应力超过岩层或结构接触面强度极限时,覆岩矿震关键层出现破断或结构失稳,形成覆岩型矿震,该过程中部分弹性应变能和重力势能转化为矿震能量以及各类耗散能等.研究结果可为覆岩型矿震防控提供理论指导.
关键词：覆岩型矿震矿震关键层裂隙演化释能机制离散元模拟
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC3004603)国家资助博士后研究人员计划资助项目(GZC20241923)国家自然科学基金(52227901)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 180-192 )
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