郓城煤矿综放采场微地震与应力特征研究及应用.pdf

中图分类号 学科分类号 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 郓城煤矿综放采场微地震与应力特征研究及应用 作者姓名圈厘强 专业名称爰砭王猩 研究方向 亚出压左皇鲞屋控生』 导师姓名盛云漫教援 导师单位塞徽理王太堂 答辩委员会主席奎俊越数援级直王 论文答辩日期2 0 1 6 年6 月4 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 6 年6 月4 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n g E n g i n e e r i n g f I l l I I I IP F I I I I I I I I l l lJ i l lIIllr i l l l U f Y 3 0 1 0 2 3 8 R e s e a r c ha n d A p p l i c a t i o no nM S a n dS t r e s sC h a r a c t e r i s t i c si n F u l l yM e c h a n i z e dC a v i n gF a c ei nY u n c h e n gC o a lM i n e C a n d i d a t e T i a n H o u q i a n g S u p e r v i s o r C h e n g Y u n h a i S c h o o lo f M i n i n ga n dS a f e t y A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工太堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名、鲴陲酶 日期么丛年上鱼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解室徽理王太堂有保留、使用学位论文的规定，即‘研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权立 徽理王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本 授权书 学位论文作者签名、匀翮级签字日期钿尼绎∥月年日 导师签名 赢易潮 井、／正l 煳丫多劂 签字日期％肜年多月∥B 万方数据 摘要 摘要 冲击地压具有不确定性、发生机理与条件复杂性。本论文通过前人关于多信息融合 防治冲击地压的研究，针对郓城煤矿1 3 0 0 综放工作面开采实践，采用微地震监测技术 和冲击地压实时在线监测技术，开展了以下研究工作 1 、利用微地震监测技术，对缓倾斜厚煤层综放采场的微地震特征进行了研究，得 到了微地震事件频次及能量的时序特点、空间分布特征和震级一频率关系 1 回采期 间，综放工作面微地震事件日个数大部分在1 0 个以上，且微地震释放的能量较小；回 采扰动对围岩损伤变形具有一定的关联。 2 随着工作面的推进，微地震事件的分布呈 现出明显的分区性1 3 0 0 综放工作面附近的采动影响I 区；工作面超前3 0 0 m 左右的I I 区；1 3 0 1 工作面 准备工作面 靠近一采区轨道大巷的I I I 区。 3 通过现场实例验证了b 值在矿井发生冲击地压前会发生明显的差异。 2 、利用冲击地压实时在线监测技术，对综放工作面回采期间围岩支承压力进行了 监测研究，并得到该期间的应力特征 1 工作面走向支承压力影响范围为超前工作面 3 0 ．4 , - - 一7 6 m ，大约是7 倍的采高；支承压力峰值位置距煤壁1 3 ．2 “ - 2 2 ．8 m ，大约是3 倍的 采高。 2 工作面围岩出现了两个支承压力静态支承压力和动态支承压力，静态支承 压力峰值的位置比动态支承压力峰值的位置到煤壁的距离更远。 根据现场实际情况，将矿山岩体力学、矿压理论和专业地球物理与微地震监测设备 及冲击地压实时在线监测设备测得的基础数据融合，对采场围岩三维破裂特征及运动特 征、采场支承压力演化特征进行分析，为科学地进行开采设计、矿山压力控制、冲击地 压防治等提供依据。 图[ 3 8 】表[ 7 ] 参[ 7 1 】 关键词综放工作面；微地震；应力；特征；冲击地压 分类号T D 3 2 4 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t R o c kb u r s ti su n c e r t a i n t y ，t h em e c h a n i s ma n dc o n d i t i o n so fc o m p l e x i t y ．F e ws t u d i e so n m o r ei n f o r m a t i o nf u s i o no f r o c kb u r s tp r e v e n t i o na n dc o n t r o l ，t h ep a p e rp r o p o s e do nt h eb a s i s o ft h ec o l l e c t i o no fi n f o r m a t i o na n dp r a c t i c eo nf u l l ym e c h a n i z e dc a v i n gf a c e13 0 0i n Y u n c h e n gm i n i n g ，t h ep r o p o s e dM Sm o n i t o r i n gt e c h n o l o g ya n dc o a lr o c k b u r s tm o n i t o r i n g s y s t e m ，t oc a r r yo u tt h ef o l l o w i n gw o r k s 1 ．U s i n gM St e c h n i q u e st og e n t l yi n c l i n e dt h i c ks e a mm i n i n go fM S c h a r a c t e r i s t i c sw e r e s t u d i e dt oo b t a i nt h ef e q u e n c ye n e r g ya n dt i m i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，s p a t i a ld i s t r i b u t i o na n d m a g n i t u d e - f r e q u e n c yr e l a t i o n s h i p 1 D u r i n gr e c o v e r y ，t h en u m b e ro fM Se v e n t si nm o r e t h a n10m o s to ft h ed a y ，a n dt h ee n e r g yr e l e a s e db ya ne a r t h q u a k es l i g h t l ys m a l l e r ；t h e n u m b e ro fM Si nt i m ec o r r e s p o n dt om i n ep r o d u c t i o n ，m a i n t e n a n c e ． 2 W i t ht h ef a c ef o r w a r d ， t h ed i s t r i b u t i o no fM Se v e n t ss h o w i n gac l e a rz o n a t i o n a r e a1w a s13 0 0m i n i n ga f f e c t i n g z o n e ；a r e a 1 1w a sa b o u t3 0 0 ma h e a df a c e ；a r e a1 1 1w a sc l o s et o13 0 1f a c e 3 T h r o u g h e x a m p l e sd e m o n s t r a t et h eb - v a l u ei m p a c to c c u r r e di nt h em i n et os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so c c u r b e f o r et h er o c kb u r s t ． 2 ．U s i n gc o a l r o c k b u r s tm o n i t o r i n gs y s t e mf o rs t u d i n gs u r r o u n d i n gr o c ka b u t m e n t p r e s s u r ed u r i n gr e c o v e r y , a n dt h es t r e s sc h a r a c t e r i s t i co ft h ep e r i o d 1 t r e n dp r e s s u r eo nt h e r a n g eo fa d v a n c e df a c e3 0 ．4 - 7 6 m ，a b o u ts e v e nt i m e st h ec u t t i n gh e i g h t ；a b u t m e n tp r e s s u r e p e a kp o s i t i o nf r o mt h ec o a lw a l l 13 ．2 - 2 2 ．8 m ，a b o u tt h r e et i m e st h ec u t t i n gh e i g h t ． 2 t h e r e w e r et w oa b u t m e n tp r e s s u r e s t a t i ca n dd y n a m i cp r e s s u r eb e a r i n ga b u t m e n tp r e s s u r e ，s t a t i c p r e s s u r ep e a kp o s i t i o nt h a ns u p p o r t i n gd y n a m i ca b u t m e n tp r e s s u r ep e a kp o s i t i o nf a r t h e rf r o m t h ec o a lw a l l ． A c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n ，t h em i n er o c km e c h a n i c s ，m i n ep r e s s u r et h e o r ya n d g e o p h 了r s i c a la n dM Se q u i p m e n ta n dc o a lr o c k b u r s tm o n i t o r i n ge q u i p m e n td e t e c t e df u s i o n ， f r a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds u r r o u n d i n gr o c kd i m e n s i o n a lm o t i o nf e a t u r e ，t h es u p p o r tp r e s s u r e e v o l u t i o nt oa n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fs c i e n t i f i cm i n i n gd e s i g n ，m i n i n gp r e s s u r ec o n t r o l ， b u m p i n gp r e v e n t i o na n dc o n t r o lt op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i s F i g u r e 【38 ] t a b l e 【7 】7 r e f e r e n c e [ 71 】 K e y W o r d s f u l l ym e c h a n i z e dc a v i n gf a c e ；M S ；s t r e s s ；c h a r a c t e r i s t i c s ；r o c kb u r s t C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 4 I I 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I C o n t e n t s ⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．．．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯V 1 绪{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 问题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 ．1 冲击地压机理与防治技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 矿井动力灾害监测技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．4 论文的研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．5 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 缓倾斜厚煤层综放工作面冲击地压监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．1 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 冲击地压实时在线监测预警系统布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 钻孔围岩应力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．2 冲击地压实时在线监测预警原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．3 冲击地压实时在线监测系统布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 微地震监测冲击地压原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．1 煤岩体断裂的声发射原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．2 震源定位原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．3 ．3 微地震监测系统布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 3 缓倾斜厚煤层综放工作面微地震分布规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 工作面微地震事件时序特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．2 工作面微地震事件空间分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．3 震级一频率关系研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 4 缓倾斜厚煤层综放工作面支承压力分布规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．1 微地震监测揭示的工作面围岩破裂与应力场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 ．1 固定工作面揭示的超前压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4 ．1 ．2 倾向C T 揭示的工作面围岩破裂与应力场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．2 应力动态监测揭示的超前支承压力分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．3 缓倾斜厚煤层综放工作面围岩支承压力的理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．4 监测结果与理论分析对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 5 现场试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．1 冲击地压监测预警应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．1 ．1 冲击地压监测技术体系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．1 ．2 冲击地压临场预警技术探索⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2 现场其他工程试验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 5 ．2 ．1 工作面停采线及密闭位置的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．2 ．2 工作面超前支护距离确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．2 ．3 相邻工作面切眼位置的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 6 ．1 结{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 I V 万方数据 C o n t e n t s Co n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 l C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1T h e s i sp r o p o s a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b o r d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．1M e c h a n i s ma n dc o n t r o lo f r o c kb u r s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2M o n i t o r i n gt e c h n o l o g yo fd y n a m i cd i s a s t e ri nm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯3 1 ．3T h ee x i s t i n gp r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．4R e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．5T e c h n i c a lr o u t e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2R o c k b u r s tm o n i t o r i n go ff u l l ym e c h a n i z e df a c ei ng e n t l yi n c l i n e dt h i c ks e a m ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 ．1R e s e a r c ho f G e o l o g i c a lc o n d i t i o n so f f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 ．2T h es c h e m eo f c o a lr o c k b u r s tm o n i t o r i n gs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1S t r e s sc a l c u l a t i o na b o v ed r i l l i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 ．2F o r e w a r n i n gp r i n c i p l eo fc o a lr o c k b u r s tm o n i t o r i n gs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．3 ．3L a y o u to f c o a lr o c k b u r s tm o n i t o r i n gs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3M SM e c h a n i s mo fR o c k b u r s tM o n i t o r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．1M e c h a n i s mo f f r a c t u r ei nc o a la n dm a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．2P o s i t i o n i n gp r i n c i p l eo f M S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．4 ．3L a y o u to f M S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．4C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3M Sc h a r a c t e r i s t i c so ff u l l ym e c h a n i z e df a c ei ng e n t l yi n c l i n e dt h i c ks e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19 3 ．1T i m es e r i e sc h a r a c t e r i s t i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 3 ．2S p a t i a ld i s t r i b u t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．3S t u d yo f r e l a t i o n s h i pb e t w e e n 丘e q u e n c ya n dm a g n i t u d e ．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯2 7 3 ．4C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 4S t u d yo nd i s t r i b u t i o no fs u p p o r t i n gp r e s s u r eo ff u l l ym e c h a n i z e df a c ei ng e n t l y i n c l i n e dt h i c ks e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 4 ．1R o c kb u r s ta n ds t r e s sd i s t r i b u t i o ni nt h ef a c er e v e a l e db yM Sm o n i t o r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯．．31 4 ．1 ．1F i x e dw o r k i n gf a c er e v e a l e dt h el e a dp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4 ．1 ．2F r a c t u r ea n ds t r e s sd i s t r i b u t i o ni nt h ew o r k i n gf a c er e v e a l e db yt h e t e n d e n c yo fC T ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．31 4 ．2T h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fl e a da b u t m e n tp r e s s u r er e v e a l e db yd y n a m i c m o n i t o r i n go fs t r e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 ．3T h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no fs u p p o r t i n gp r e s s u r ea b o v es u r r o u n d i n gr o c k o ff u l l y m e c h a n i z e dc a v i n gf a c ei ng e n t l yi n c l i n e dt h i c kc o a ls e a m ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 0 4 ．4C o m p a r i s o no fm o n i t o r i n gr e s u l t sa n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．5C h a p t e rS u m m a r y ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．4 3 5F i e l dt e s tr e s e a r c h ．⋯⋯．⋯．．⋯．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．．．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．．．4 5 5 ．1A p p l i c a t i o no f r o c kb u r s tm o n i t o r i n ga n de a r l yw a r n i n gs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 1 ；．1 ．1T e c h n o l o g ys y s t e mo f r o c kb u r s tm o n i t o r i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 ．1 ．2R e s e a r c ho nt h et e c h n i q u eo f t h ee a r l yw a r n i n go f r o c kb u r s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．2O t h e re n g i n e e r i n gt e s tr e s e a r c h ．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯．．．⋯⋯．⋯．．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．．4 8 5 ．2 ．1D e t e r m i n a t i o no f w o r k i n gf a c es t o pl i n ea n dc l o s e dp o s i t i o n ．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯4 8 5 ．2 ．2D e t e r m i n a t i o no f a d v a n c es u p p o r td i s t a n c eo f w o r k i n gf a c e ．⋯⋯．．⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．4 8 5 ．2 ．3D e t e r m i n a t i o no f t h ep o s i t i o no f t h ea a j a c e n tw o r k i n gf a c e ⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．4 8 5 ．3C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯．．．⋯⋯．⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．4 9 6C o n c l u s i o na n dP r o s p e c t ．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．．51 6 ．1C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．．．51 6 ．2P r o s p e c t ⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯．．．⋯．．．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．51 R e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 T h a n k s ．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．．．⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．5 7 A u t h o ri n t r o d u c t i o na n dp r i n c i p a la c h i e v e m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e a r c h ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 9 V I 万方数据 第1 章绪论 1 ．1 问题的提出 1 绪论 2 0 1 3 年煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别为7 5 ．6 ％和6 6 ．0 ％；按照 能源发展战略行动计戈l J 2 0 1 4 - - 2 0 2 0 年 ，到2 0 2 0 年，一次能源消费总量控制在4 8 亿吨标准煤左右，煤炭消费总量控制在4 2 亿吨左右，全国煤炭消费比重降至6 2 ％以内[ 1 】。 根据煤炭工业协会统计，我国2 0 1 5 年1 ．1 0 月份全国煤炭产量累计完成3 0 ．4 亿吨，同比 减少1 ．3 2 亿吨，下降4 ．1 5 ％；1 ．1 0 月份全国煤炭销量累计完成2 9 ．1 4 亿吨，同比减少1 ．3 8 亿吨，下降4 ．4 5 ％。 深部开采逐渐成为全国主要煤炭开采方式。当前全国煤矿开采深度增速为8 ～ 1 2 m ／a ，而山东、安徽等东部矿井的增长率为1 0 , - - - ．2 5 m ／a [ 2 ] 。由于采深增加，煤炭企业冲 击地压危险日益严重，冲击地压的防治变得尤为重要，仅在2 0 1 5 年7 月份，山东省就 有两煤矿发生冲击地压，共造成6 人受伤的事故。 郓城煤矿位于山东省郓城县境内，采深8 5 9 ～8 8 7 m ，已进入深部开采。随着开采深 度增加，岩石出现软化，弱化现象。围岩流变变形大，变形趋势强烈，巷道压力显现明 显，巷道的维护困难日趋突出由于围岩处于深埋的高应力状态下，且构造带、断层等 较多，地质条件复杂，使得在巷道掘进过程中，巷道冒顶现象时有发生，对郓城煤矿3 煤及其顶底板的冲击倾向性鉴定结果该矿3 煤及其顶板具有弱冲击倾向，故在生产过 程中有发生冲击危险的可能性。因此，开展冲击地压前兆信息监测预警和岩层破裂规律 的监测与研究，对于冲击地压的防治具有重要意义，同时研究成果对确定超前支承压力 作用范围、煤柱留设等方面具有重要科学和实用价值。 1 ．2 国内外研究现状 冲击地压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸 性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏、支 架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等【3 】。冲击地压能够造成煤岩从微小裂纹 破裂到大尺度破坏，其产生的能量从l O ’5 J 到1 0 9 ．1 ，相当于里氏．6 ～5 震级。 尽管在2 1 世纪之前冲击地压就已有历史记载，但真正被广大研究人员重视是近 3 0 ～4 0 年，多个国家都建立了与冲击地压相关的专业研究机构。各国的专家学者从大量 的基础统计数据分析起步，再一步步研究到实验室中的理论，然后在实际现场中进一步 的研究。对冲击地压的研究及防治工作最有效的国家是原苏联，其次是波兰和原联邦德 国[ 4 】。1 9 7 8 年，重庆大学开展了煤层注水试验是我国第一例关于冲击地压方面的研究。 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 随着国家对冲击地压方面投入重点科研项目研究，国内许多专家学者对冲击地压发生机 理、预警防治等积累了大量的经验。特别是从2 0 世纪8 0 年代中期开始，国内通过引进 监测系统和仪器、中外科技合作以及人才交流等举措，在防治冲击地压技术、科研思想 方面积累了丰富的经验。在这些有利的环境条件下，煤炭科学总院北京开采研究所、枣 庄矿务局、北京矿务局和西安仪表厂等单位，在1 9 9 0 年底完成了“冲击地压预测与防 治”和“冲击地压监测装置”两项国家“七五”科技攻关专题，在此基础上，制定了我 国“冲击地压危险煤层安全开采规程”及“冲击地压防治及预测暂行技术规范”，使我 国冲击地压的研究与防治工作在较短的时间内取得了突破性进展【4 ，5 】。 1 ．2 ．1 冲击地压机理与防治技术 冲击地压的机理研究主要有刚度理论、强度理论、能量理论、冲击倾向性理论、 “三准则“ 理论、变形系统失稳理论、突变理论、分形理论、“三因素”理论、扩容理 论、煤柱冲击地压时间效应理论、动态失稳理论、冲击地压和突出的统一失稳理论等[ 6 - 1 8 1 。 对于冲击地压机理与防治技术，国内外许多学者对其进行了大量研究 章梦涛[ 9 】基于国内外矿井冲击地压的发