【摘要】：隨著我國煤礦開采深度與強(qiáng)度日趨增長,沖擊礦壓災(zāi)害也愈發(fā)嚴(yán)重。礦震是沖擊礦壓孕育及誘發(fā)的重要影響因素,因此,研究礦震震源破裂機(jī)制對完善沖擊礦壓致災(zāi)機(jī)理至關(guān)重要。本文提出以相對矩張量反演法作為煤礦礦震破裂機(jī)制的反演方法,基于微震實測條件優(yōu)化了矩張量反演矩陣的構(gòu)建形式,提出了適用于煤礦礦震的破裂機(jī)制判識方法,分析了關(guān)鍵震源參量的特征及相關(guān)關(guān)系,研究了不同特征條件下礦震破裂機(jī)制與震源力學(xué)參量響應(yīng)規(guī)律,主要結(jié)論如下:基于煤礦開采特有的地質(zhì)條件、空間尺度以及微震臺網(wǎng)布置等特點,研究得出相對矩張量反演法更適用于開展煤礦礦震破裂機(jī)制研究。進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測實際優(yōu)化了反演矩陣的構(gòu)建形式,提出了相對矩張量反演法所需震源與射線數(shù)條件、遠(yuǎn)場位移條件,并完成了煤礦礦震破裂機(jī)制的Matlab程序開發(fā)。礦震震源模型屬于一般位錯震源模型,提出利用粒子群算法求解礦震矩張量參數(shù),并將震源矩張量分解為ISOM+DCM+CLVDM;提出以位錯夾角作為判識礦震破裂機(jī)制的基本參數(shù),并以煤巖體抗壓、抗剪、抗拉強(qiáng)度比作為劃分不同破裂類型的依據(jù)。利用粒子群算法優(yōu)化了基于Brune圓盤模型的震源力學(xué)參量求解方法,以震源庫內(nèi)沖擊震源為研究對象,研究了沖擊震源關(guān)鍵震源力學(xué)參量特征。結(jié)果表明,表征破裂強(qiáng)度的地震矩與輻射能量之間存在正相關(guān)對數(shù)關(guān)系;視體積可表征不同震源擾動規(guī)模的差異,震源半徑則偏向于表征破裂的宏觀屬性;應(yīng)力降偏重于表征礦震整體破裂效應(yīng),而視應(yīng)力偏重表征礦震破裂效率。不同類型震源力學(xué)參量相關(guān)關(guān)系研究結(jié)果表明,沖擊震源的地震矩與視體積、應(yīng)力降之間存在明顯正相關(guān)對數(shù)關(guān)系;視體積與應(yīng)力降之間存在正相關(guān)對數(shù)關(guān)系,且兩者整體水平與現(xiàn)場顯現(xiàn)劇烈程度之間存在正相關(guān)關(guān)系;視應(yīng)力與現(xiàn)場顯現(xiàn)程度存正相關(guān)關(guān)系,可單獨作為評價震源顯現(xiàn)強(qiáng)度的指標(biāo)。基于震源力學(xué)參量相關(guān)關(guān)系的提出了震源危險性指數(shù)T,用于表征震源的沖擊危險程度。研究結(jié)果表明基于T值的判識結(jié)果是對基于輻射能量評價結(jié)果的修正與優(yōu)化,有利于提高沖擊危險監(jiān)測預(yù)警效率。褶皺構(gòu)造主控型礦震破裂類型以拉張破裂主,破裂形式表現(xiàn)為煤巖層垮落與離層;深埋斷層主控型礦震破裂類型以剪切破裂為主,破裂形式表現(xiàn)為斷層構(gòu)造剪切滑移與煤巖體受壓狀態(tài)下剪切破壞;高應(yīng)力煤層型礦震破裂類型以剪切破裂為主導(dǎo),源自于高應(yīng)力狀態(tài)下煤柱剪切破壞;不同特征條件下不同破裂機(jī)制礦震的震源力學(xué)參量相差不大,但主導(dǎo)破裂機(jī)制礦震具有明顯較高視體積,表明更多煤巖體介質(zhì)參與其破裂過程。論文為深入挖掘多元礦震信息與指導(dǎo)現(xiàn)場沖擊礦壓預(yù)警與解危提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD324
【圖文】：

資源開采強(qiáng)度的增大和開采深度的增加，沖擊礦壓礦的強(qiáng)度和頻度明顯增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止 2019 53 對，遍布全國各個產(chǎn)煤大省，如圖 1-1 為全國歷年8 年 10 月 20 日，山東龍鄆煤業(yè)有限公司 1303 工作面礦壓事故，造成 21 人死亡、4 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失 5，遼寧省沈陽焦煤股份有限公司紅陽三礦西三上采區(qū)重大沖擊礦壓事故，造成 10 人死亡、1 人輕傷，直接 1 月 17 日，山西中煤擔(dān)水溝煤業(yè)有限公司發(fā)生一起亡，直接經(jīng)濟(jì)損失 1517.46 萬元[102]；2016 年 9 月 25 司峻德煤礦三水平北三四區(qū) 21 層一段切眼掘進(jìn)工作亡[103]；2014 年 3 月 27 日，河南能源化工集團(tuán)義煤公成 6 人死亡[104]，頻繁發(fā)生的煤礦動力災(zāi)害事故，使戰(zhàn)。2535000

地震學(xué)中研究的震源機(jī)制與礦震的震源機(jī)制是不同的，地震學(xué)中地震，其震源機(jī)制是假設(shè)為剪切破壞情況下對剪切斷層面的空間方位與滑，而礦震中的震源機(jī)制主要是指受采動影響煤巖體的破裂機(jī)制，其震源機(jī)的，無法僅被假設(shè)為剪切破裂這種單一破裂形式。Horner R B 與 Hasega震特點，將礦震分為如圖 1-2 所示的 6 類，包括采空區(qū)頂板冒落、煤柱破、正斷層、逆斷層與近水平俯沖斷層[105]。Ju Ma 將礦震的破裂類型歸結(jié)為采礦爆破、采空區(qū)頂板冒落、拉張破壞與斷層滑移[107]。(a) 采空區(qū)頂板冒落 (b) 煤柱破壞(c) 張性斷裂 (d) 正斷層

（4）礦震震源機(jī)制與震源力學(xué)參量響應(yīng)規(guī)律研究基于上述構(gòu)建基本理論體系，以我國不同特征條件下采動煤巖體破裂誘發(fā)的沖擊震源與危險性礦震進(jìn)行震源機(jī)制與震源力學(xué)參量分析，得出不同特征條件下礦震震源機(jī)制與震源力學(xué)參量響應(yīng)規(guī)律，為深入挖掘震源破裂信息提供思路與理論依據(jù)。論文研究技術(shù)路線如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2795603