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覆岩结构大面积异常来压规律及岩石声发射预测机理探讨

刘星辉  
【摘要】:对取自中煤集团孔庄煤矿采深900m处的煤与中砂岩进行试验室内力学性质与声发射试验,得到了煤与中砂岩的基本力学性质参数,并分别进行了基于声发射信号特征的阶段划分。在煤的试验研究中,提出以振铃计数率值维持在150-300次/s的较高水平阶段信号特征作为煤破断的预报依据;同时计算了振铃计数率增长速率值?在2~4之间,并探讨了与抗压强度和加载速率的关系。在中砂岩试验研究中,认为可将高水平信号频繁出现且不断升高阶段作为预测中砂岩破断依据,该阶段振铃计数率值均超过300次/s,破断前最高值可达700次/s;同时由声发射信号确定了中砂岩Kaiser点位置,从而得到该中砂岩历史所受最大应力为47MPa。对不同顶板厚度及不同采深下的直接坚硬顶板大面积异常来压进行了多组数值模拟,煤与中砂岩顶板力学参数选用试验所得数据。模拟得到了开采过程中煤层及顶板受力的一般规律,并发现:采深600m条件下,坚硬顶板厚度由25m增至40m过程中,坚硬顶板初次垮断步距由110m增加至145m,同时,采空区顶板塑性变形贯通与煤壁前方顶板塑性破坏出现的先后顺序发生变化;顶板厚度为35m条件下,采深由600m增至900m过程中,坚硬顶板初次垮断步距由135m降至70m,且工作面前方顶板先于切眼侧产生塑性破坏的程度随之改变。对所得规律的成因进行了合理性分析,并对采深900m时顶板最高压应力值与试验所得岩石Kaiser点处应力值进行了比较,验证了数值模拟结果的合理性。通过岩石声发射技术在华丰煤矿与赵楼煤矿中的应用实例分析,表明岩石声发射技术可有效监测覆岩结构运动;工程监测所得覆岩运动规律与数值模拟结果一致,验证了模拟所得规律的正确性。基于此,作者认为,通过数值模拟获得覆岩运动规律并在监测过程中重视与声发射信号变化形态的结合分析,可提高微震监测效率和监测精度。


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