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包郵 復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓互饋機(jī)制
作者：王宏偉，姜耀東
開(kāi)本：
B5
頁(yè)數(shù)：
224
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復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓互饋機(jī)制 版權(quán)信息
- ISBN：9787030650870
- 條形碼：9787030650870 ; 978-7-03-065087-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓互饋機(jī)制 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書在探索復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境下沖擊地壓內(nèi)因和外因的基礎(chǔ)上，分析煤體細(xì)觀組分含量與沖擊傾向性鑒定指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，揭示宏觀應(yīng)力作用下沖擊傾向性煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)及裂隙分布的演化機(jī)理；研究高地應(yīng)力地質(zhì)環(huán)境、倒轉(zhuǎn)型褶皺、斷層和孤島工作面開(kāi)采等地質(zhì)環(huán)境對(duì)斷層動(dòng)態(tài)滑移、斷層滑動(dòng)面切應(yīng)力和變形場(chǎng)的影響特征；針對(duì)采動(dòng)影響下單體斷層和雙斷層活化的作用機(jī)制，確定斷層活化的臨界條件；研究斷層區(qū)域頂板瞬時(shí)失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理，揭示頂板沖擊失穩(wěn)的動(dòng)力來(lái)源。
復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓互饋機(jī)制 目錄
目錄
前言
第1章 復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓 1
1.1 沖擊地壓機(jī)理的研究背景及意義 1
1.2 地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 3
1.2.1 煤巖沖擊傾向性對(duì)沖擊地壓的影響 3
1.2.2 高水平原巖應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境對(duì)沖擊地壓的影響 4
1.2.3 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 5
1.2.4 巨厚頂板瞬時(shí)失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 5
1.2.5 孤島工作面開(kāi)采誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 6
參考文獻(xiàn) 7
第2章 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境誘發(fā)沖擊地壓案例分析 11
2.1 義馬礦區(qū)沖擊地壓事故 11
2.1.1 義馬礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 11
2.1.2 義馬礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 14
2.2 雞西礦區(qū)沖擊地壓事故 16
2.2.1 雞西礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 16
2.2.2 雞西礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 17
2.3 京西礦區(qū)沖擊地壓事故 19
2.3.1 京西礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 19
2.3.2 京西礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 20
2.4 唐山煤礦沖擊地壓事故 23
2.4.1 唐山煤礦沖擊地壓事故及特征 23
2.4.2 唐山煤礦沖擊地壓誘因分析 24
2.5 龍鄆煤礦沖擊地壓事故 25
2.5.1 龍鄆煤礦沖擊地壓事故及特征 25
2.5.2 龍鄆煤礦沖擊地壓誘因分析 26
參考文獻(xiàn) 27
第3章 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境誘發(fā)沖擊地壓的內(nèi)因 29
3.1 高水平原巖應(yīng)力環(huán)境特征 29
3.1.1 京西礦區(qū) 29
3.1.2 義馬礦區(qū) 32
3.1.3 雞西礦區(qū) 33
3.1.4 黃巖匯煤礦 34
3.2 沖擊傾向性煤體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征 36
3.2.1 煤體礦物組分的X射線衍射分析 37
3.2.2 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的CT掃描分析 38
3.2.3 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的SEM分析 39
3.3 煤體的沖擊傾向性鑒定 41
3.4 煤體沖擊傾向性指標(biāo)與力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性 43
3.4.1 沖擊傾向性煤樣數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 43
3.4.2 沖擊傾向性指標(biāo)的數(shù)值分析方案 46
3.4.3 單軸抗壓強(qiáng)度和黏聚力的關(guān)系 57
3.4.4 彈性能量指數(shù)和黏聚力的關(guān)系 57
3.4.5 沖擊能量指數(shù)和黏聚力的關(guān)系 58
3.4.6 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間和黏聚力的關(guān)系 58
3.4.7 非均質(zhì)煤體力學(xué)參數(shù)與沖擊傾向性的關(guān)系 59
3.4.8 基于Weibull分布的非均質(zhì)煤體沖擊傾向性 66
參考文獻(xiàn) 72
第4章 單體斷層滑移失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 74
4.1 單體斷層滑移失穩(wěn)前兆信息的相似模擬實(shí)驗(yàn) 74
4.1.1 相似模型的建立 74
4.1.2 斷層面初始強(qiáng)度分析 78
4.1.3 上覆巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 79
4.1.4 斷層面上的位移場(chǎng)演化特征 88
4.1.5 斷層面上的應(yīng)力場(chǎng)演化特征 92
4.2 單體斷層滑移失穩(wěn)的聲發(fā)射特征 96
4.2.1 聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方案 96
4.2.2 斷層滑移失穩(wěn)的能量變化特征 97
4.2.3 斷層面應(yīng)力場(chǎng)與能量場(chǎng)之間的聯(lián)系 100
4.2.4 斷層面位移場(chǎng)和能量場(chǎng)之間的聯(lián)系 101
4.3 斷層失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的影響因素分析 102
4.3.1 數(shù)值模擬方案 102
4.3.2 斷層傾角對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 103
4.3.3 斷層切向剛度對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 104
4.3.4 側(cè)壓系數(shù)對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 105
4.3.5 水平構(gòu)造應(yīng)力對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 106
4.4 不同地質(zhì)因素對(duì)斷層面應(yīng)力場(chǎng)演化特征的影響 108
4.4.1 數(shù)值模擬方案 108
4.4.2 循環(huán)開(kāi)采時(shí)工作面的應(yīng)力場(chǎng)演化特征 110
4.4.3 側(cè)壓系數(shù)對(duì)斷層面應(yīng)力場(chǎng)演化特征的影響 115
參考文獻(xiàn) 121
第5章 雙體斷層滑移失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 123
5.1 雙體斷層區(qū)域巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 123
5.1.1 工程地質(zhì)背景 123
5.1.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案 124
5.1.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析 125
5.2 雙體斷層賦存條件下相似模擬實(shí)驗(yàn)方案 128
5.2.1 相似模型制作 129
5.2.2 相似模型監(jiān)測(cè)方案 130
5.2.3 相似模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)采過(guò)程及結(jié)果分析 131
5.3 工作面回采誘發(fā)雙體斷層失穩(wěn)的前兆信息 133
5.3.1 工作面回采誘發(fā)**條斷層失穩(wěn)的前兆信息 133
5.3.2 工作面回采誘發(fā)第二條斷層失穩(wěn)的前兆信息 136
參考文獻(xiàn) 141
第6章 褶皺構(gòu)造不均勻應(yīng)力場(chǎng)對(duì)沖擊地壓的影響機(jī)制 144
6.1 褶皺構(gòu)造賦存下工作面開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn) 144
6.1.1 相似模擬實(shí)驗(yàn) 144
6.1.2 頂板垮落規(guī)律 146
6.1.3 上覆巖層位移場(chǎng)演化規(guī)律 148
6.1.4 頂板應(yīng)力場(chǎng)演化規(guī)律 149
6.2 褶皺構(gòu)造數(shù)值模型的建立 151
6.2.1 數(shù)值模型概況 152
6.2.2 模擬方案的確定 153
6.2.3 褶皺構(gòu)造原巖應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 154
6.3 工作面過(guò)褶皺軸部應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 154
6.3.1 過(guò)向斜和背斜軸部應(yīng)力場(chǎng)演化特征 154
6.3.2 工作面過(guò)褶皺軸部超前支撐壓力特征分析 157
6.4 工作面過(guò)褶皺翼部應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 159
6.4.1 向斜仰采和背斜俯采階段應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 159
6.4.2 不同推進(jìn)方向超前支撐壓力特征分析 162
參考文獻(xiàn) 164
第7章 巨厚堅(jiān)硬覆巖持續(xù)非穩(wěn)定運(yùn)移誘發(fā)沖擊地壓機(jī)理 166
7.1 巨厚頂板失穩(wěn)區(qū)域的覆巖運(yùn)移規(guī)律 166
7.1.1 相似模型的建立 166
7.1.2 相似模擬實(shí)驗(yàn)覆巖垮落結(jié)果分析 168
7.1.3 巨厚堅(jiān)硬覆巖采動(dòng)應(yīng)力分析 169
7.2 巨厚堅(jiān)硬覆巖運(yùn)移特征數(shù)值模擬 170
7.2.1 數(shù)值模型的建立 170
7.2.2 上覆巖層垮落模擬分析 173
7.2.3 巨厚堅(jiān)硬覆巖采動(dòng)應(yīng)力對(duì)比 176
7.3 巨厚覆巖頂板沖擊失穩(wěn)區(qū)域的變形特征 176
7.3.1 工程背景 176
7.3.2 頂板失穩(wěn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置 177
7.3.3 頂板失穩(wěn)區(qū)域的破碎區(qū)分布特征 181
7.3.4 頂板失穩(wěn)區(qū)域的巷道變形特征 183
7.3.5 頂板失穩(wěn)區(qū)域的頂板離層特征 185
7.4 巨厚覆巖頂板失穩(wěn)區(qū)域的應(yīng)力特征 187
7.4.1 頂板失穩(wěn)區(qū)域地應(yīng)力分布特征 187
7.4.2 頂板失穩(wěn)區(qū)域錨桿受力特征 187
參考文獻(xiàn) 188
第8章 孤島工作面異常礦壓顯現(xiàn)誘發(fā)沖擊地壓機(jī)理 190
8.1 典型孤島工作面工程地質(zhì)概況 190
8.1.1 唐山煤礦地質(zhì)條件 190
8.1.2 工作面地質(zhì)概況 191
8.2 孤島工作面煤巖沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域 193
8.2.1 孤島工作面超前支承壓力的監(jiān)測(cè)與分析 193
8.2.2 孤島工作面頂板活動(dòng)規(guī)律的監(jiān)測(cè)與分析 194
8.2.3 孤島工作面電磁輻射的監(jiān)測(cè)與分析 196
8.3 孤島工作面應(yīng)力場(chǎng)及能量場(chǎng)的演化規(guī)律 198
8.3.1 數(shù)值模型的建立 199
8.3.2 孤島工作面回采過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律 202
8.3.3 孤島工作面沖擊失穩(wěn)能量場(chǎng)的演化規(guī)律 204
參考文獻(xiàn) 210
前言
第1章 復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓 1
1.1 沖擊地壓機(jī)理的研究背景及意義 1
1.2 地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 3
1.2.1 煤巖沖擊傾向性對(duì)沖擊地壓的影響 3
1.2.2 高水平原巖應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境對(duì)沖擊地壓的影響 4
1.2.3 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 5
1.2.4 巨厚頂板瞬時(shí)失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 5
1.2.5 孤島工作面開(kāi)采誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 6
參考文獻(xiàn) 7
第2章 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境誘發(fā)沖擊地壓案例分析 11
2.1 義馬礦區(qū)沖擊地壓事故 11
2.1.1 義馬礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 11
2.1.2 義馬礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 14
2.2 雞西礦區(qū)沖擊地壓事故 16
2.2.1 雞西礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 16
2.2.2 雞西礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 17
2.3 京西礦區(qū)沖擊地壓事故 19
2.3.1 京西礦區(qū)沖擊地壓事故及特征 19
2.3.2 京西礦區(qū)沖擊地壓誘因分析 20
2.4 唐山煤礦沖擊地壓事故 23
2.4.1 唐山煤礦沖擊地壓事故及特征 23
2.4.2 唐山煤礦沖擊地壓誘因分析 24
2.5 龍鄆煤礦沖擊地壓事故 25
2.5.1 龍鄆煤礦沖擊地壓事故及特征 25
2.5.2 龍鄆煤礦沖擊地壓誘因分析 26
參考文獻(xiàn) 27
第3章 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境誘發(fā)沖擊地壓的內(nèi)因 29
3.1 高水平原巖應(yīng)力環(huán)境特征 29
3.1.1 京西礦區(qū) 29
3.1.2 義馬礦區(qū) 32
3.1.3 雞西礦區(qū) 33
3.1.4 黃巖匯煤礦 34
3.2 沖擊傾向性煤體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征 36
3.2.1 煤體礦物組分的X射線衍射分析 37
3.2.2 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的CT掃描分析 38
3.2.3 煤體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的SEM分析 39
3.3 煤體的沖擊傾向性鑒定 41
3.4 煤體沖擊傾向性指標(biāo)與力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性 43
3.4.1 沖擊傾向性煤樣數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 43
3.4.2 沖擊傾向性指標(biāo)的數(shù)值分析方案 46
3.4.3 單軸抗壓強(qiáng)度和黏聚力的關(guān)系 57
3.4.4 彈性能量指數(shù)和黏聚力的關(guān)系 57
3.4.5 沖擊能量指數(shù)和黏聚力的關(guān)系 58
3.4.6 動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間和黏聚力的關(guān)系 58
3.4.7 非均質(zhì)煤體力學(xué)參數(shù)與沖擊傾向性的關(guān)系 59
3.4.8 基于Weibull分布的非均質(zhì)煤體沖擊傾向性 66
參考文獻(xiàn) 72
第4章 單體斷層滑移失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 74
4.1 單體斷層滑移失穩(wěn)前兆信息的相似模擬實(shí)驗(yàn) 74
4.1.1 相似模型的建立 74
4.1.2 斷層面初始強(qiáng)度分析 78
4.1.3 上覆巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 79
4.1.4 斷層面上的位移場(chǎng)演化特征 88
4.1.5 斷層面上的應(yīng)力場(chǎng)演化特征 92
4.2 單體斷層滑移失穩(wěn)的聲發(fā)射特征 96
4.2.1 聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方案 96
4.2.2 斷層滑移失穩(wěn)的能量變化特征 97
4.2.3 斷層面應(yīng)力場(chǎng)與能量場(chǎng)之間的聯(lián)系 100
4.2.4 斷層面位移場(chǎng)和能量場(chǎng)之間的聯(lián)系 101
4.3 斷層失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的影響因素分析 102
4.3.1 數(shù)值模擬方案 102
4.3.2 斷層傾角對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 103
4.3.3 斷層切向剛度對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 104
4.3.4 側(cè)壓系數(shù)對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 105
4.3.5 水平構(gòu)造應(yīng)力對(duì)滑移失穩(wěn)的影響 106
4.4 不同地質(zhì)因素對(duì)斷層面應(yīng)力場(chǎng)演化特征的影響 108
4.4.1 數(shù)值模擬方案 108
4.4.2 循環(huán)開(kāi)采時(shí)工作面的應(yīng)力場(chǎng)演化特征 110
4.4.3 側(cè)壓系數(shù)對(duì)斷層面應(yīng)力場(chǎng)演化特征的影響 115
參考文獻(xiàn) 121
第5章 雙體斷層滑移失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 123
5.1 雙體斷層區(qū)域巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 123
5.1.1 工程地質(zhì)背景 123
5.1.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案 124
5.1.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析 125
5.2 雙體斷層賦存條件下相似模擬實(shí)驗(yàn)方案 128
5.2.1 相似模型制作 129
5.2.2 相似模型監(jiān)測(cè)方案 130
5.2.3 相似模擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)采過(guò)程及結(jié)果分析 131
5.3 工作面回采誘發(fā)雙體斷層失穩(wěn)的前兆信息 133
5.3.1 工作面回采誘發(fā)**條斷層失穩(wěn)的前兆信息 133
5.3.2 工作面回采誘發(fā)第二條斷層失穩(wěn)的前兆信息 136
參考文獻(xiàn) 141
第6章 褶皺構(gòu)造不均勻應(yīng)力場(chǎng)對(duì)沖擊地壓的影響機(jī)制 144
6.1 褶皺構(gòu)造賦存下工作面開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn) 144
6.1.1 相似模擬實(shí)驗(yàn) 144
6.1.2 頂板垮落規(guī)律 146
6.1.3 上覆巖層位移場(chǎng)演化規(guī)律 148
6.1.4 頂板應(yīng)力場(chǎng)演化規(guī)律 149
6.2 褶皺構(gòu)造數(shù)值模型的建立 151
6.2.1 數(shù)值模型概況 152
6.2.2 模擬方案的確定 153
6.2.3 褶皺構(gòu)造原巖應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 154
6.3 工作面過(guò)褶皺軸部應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 154
6.3.1 過(guò)向斜和背斜軸部應(yīng)力場(chǎng)演化特征 154
6.3.2 工作面過(guò)褶皺軸部超前支撐壓力特征分析 157
6.4 工作面過(guò)褶皺翼部應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 159
6.4.1 向斜仰采和背斜俯采階段應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律 159
6.4.2 不同推進(jìn)方向超前支撐壓力特征分析 162
參考文獻(xiàn) 164
第7章 巨厚堅(jiān)硬覆巖持續(xù)非穩(wěn)定運(yùn)移誘發(fā)沖擊地壓機(jī)理 166
7.1 巨厚頂板失穩(wěn)區(qū)域的覆巖運(yùn)移規(guī)律 166
7.1.1 相似模型的建立 166
7.1.2 相似模擬實(shí)驗(yàn)覆巖垮落結(jié)果分析 168
7.1.3 巨厚堅(jiān)硬覆巖采動(dòng)應(yīng)力分析 169
7.2 巨厚堅(jiān)硬覆巖運(yùn)移特征數(shù)值模擬 170
7.2.1 數(shù)值模型的建立 170
7.2.2 上覆巖層垮落模擬分析 173
7.2.3 巨厚堅(jiān)硬覆巖采動(dòng)應(yīng)力對(duì)比 176
7.3 巨厚覆巖頂板沖擊失穩(wěn)區(qū)域的變形特征 176
7.3.1 工程背景 176
7.3.2 頂板失穩(wěn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置 177
7.3.3 頂板失穩(wěn)區(qū)域的破碎區(qū)分布特征 181
7.3.4 頂板失穩(wěn)區(qū)域的巷道變形特征 183
7.3.5 頂板失穩(wěn)區(qū)域的頂板離層特征 185
7.4 巨厚覆巖頂板失穩(wěn)區(qū)域的應(yīng)力特征 187
7.4.1 頂板失穩(wěn)區(qū)域地應(yīng)力分布特征 187
7.4.2 頂板失穩(wěn)區(qū)域錨桿受力特征 187
參考文獻(xiàn) 188
第8章 孤島工作面異常礦壓顯現(xiàn)誘發(fā)沖擊地壓機(jī)理 190
8.1 典型孤島工作面工程地質(zhì)概況 190
8.1.1 唐山煤礦地質(zhì)條件 190
8.1.2 工作面地質(zhì)概況 191
8.2 孤島工作面煤巖沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域 193
8.2.1 孤島工作面超前支承壓力的監(jiān)測(cè)與分析 193
8.2.2 孤島工作面頂板活動(dòng)規(guī)律的監(jiān)測(cè)與分析 194
8.2.3 孤島工作面電磁輻射的監(jiān)測(cè)與分析 196
8.3 孤島工作面應(yīng)力場(chǎng)及能量場(chǎng)的演化規(guī)律 198
8.3.1 數(shù)值模型的建立 199
8.3.2 孤島工作面回采過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律 202
8.3.3 孤島工作面沖擊失穩(wěn)能量場(chǎng)的演化規(guī)律 204
參考文獻(xiàn) 210
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復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓互饋機(jī)制 節(jié)選
第1章 復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境與沖擊地壓 煤礦沖擊地壓是指井巷或工作面周圍煤(巖)體由于彈性應(yīng)變能的瞬時(shí)釋放而產(chǎn)生的突然、急劇且劇烈的動(dòng)力破壞現(xiàn)象，是特定地質(zhì)賦存條件下的煤(巖)體系統(tǒng)由于采礦活動(dòng)在變形破壞過(guò)程中能量的穩(wěn)定態(tài)積聚、非穩(wěn)定態(tài)釋放的非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程。煤礦沖擊地壓不僅危害程度大，影響面廣，而且是誘發(fā)其他煤礦重大事故的根源。復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境是沖擊失穩(wěn)災(zāi)害的主要?jiǎng)恿υ慈Ｒ虼耍_(kāi)展復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境下沖擊地壓發(fā)生機(jī)理研究具有十分重要的科學(xué)意義。 1.1 沖擊地壓機(jī)理的研究背景及意義 隨著煤炭開(kāi)采深度的增加和開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增大，沖擊地壓等典型動(dòng)力災(zāi)害事故已成為國(guó)內(nèi)外煤礦安全開(kāi)采領(lǐng)域面臨的主要災(zāi)害之一[1，2]。近年來(lái)，我國(guó)煤礦沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量快速增加，由2012年的142處迅速增至2017年的177處煤礦發(fā)生過(guò)沖擊地壓事故，造成了大量的人員傷亡和嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞，如圖1-1所示。在國(guó)內(nèi)，2019年8月2日，河北省唐山煤礦風(fēng)井煤柱區(qū)F5010聯(lián)絡(luò)巷發(fā)生沖擊地壓事故，致7人死亡；2018年10月20日，山東省龍鄆煤礦1303泄水巷掘進(jìn)工作面附近發(fā)生沖擊地壓事故，造成21人死亡。在國(guó)外，2014年，澳大利亞Austar礦的**長(zhǎng)壁綜放工作面發(fā)生沖擊地壓事故，造成2人死亡；2007年，美國(guó)Utah州的Crandall Canyon煤礦發(fā)生嚴(yán)重的沖擊地壓事故，造成9人死亡[3，4]。因此，沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理、預(yù)測(cè)和防治等方面的研究是目前煤炭資源安全開(kāi)采的研究熱點(diǎn)。 圖1-1 我國(guó)部分沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量分布(截至2017年1月) 研究表明[5]，深部煤礦沖擊地壓是特定地質(zhì)賦存條件下的煤巖(體)系統(tǒng)由于采礦活動(dòng)在變形破壞過(guò)程中能量的穩(wěn)定態(tài)積聚、非穩(wěn)定態(tài)釋放的非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程，是其外部荷載環(huán)境、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其物理力學(xué)性質(zhì)的綜合反映，其形成過(guò)程非常復(fù)雜，涉及地質(zhì)、采礦、地球物理、巖石力學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)等交叉學(xué)科。2016年12月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局在《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出，強(qiáng)化科技創(chuàng)新，加強(qiáng)煤礦災(zāi)害機(jī)理基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)支持礦井帶壓開(kāi)采及沖擊地壓預(yù)測(cè)防治，推進(jìn)復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦安全開(kāi)采等重大技術(shù)示范工程，為煤礦安全開(kāi)采提供基礎(chǔ)保障[6]。為此，2009年9月和2016年7月，科技部分別啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)“煤炭深部開(kāi)采中的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理與防治基礎(chǔ)研究”(2010CB226800)重大項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警技術(shù)研究”(2016YFC0801400)項(xiàng)目[7，8]，探索煤礦沖擊地壓動(dòng)力效應(yīng)與復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件、原巖應(yīng)力環(huán)境及煤巖細(xì)觀組分之間的相互作用機(jī)制，通過(guò)定量描述地質(zhì)賦存環(huán)境與煤礦動(dòng)力災(zāi)害的相關(guān)性，揭示地質(zhì)構(gòu)造和原巖應(yīng)力場(chǎng)對(duì)煤礦深井動(dòng)力災(zāi)害成災(zāi)的作用機(jī)制，為深部煤礦安全開(kāi)采提供了關(guān)鍵理論與技術(shù)保障，并為相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的研究打下了良好的基礎(chǔ)。 煤礦復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境包括煤巖固有的沖擊傾向性、高水平原巖應(yīng)力、堅(jiān)硬巖層、逆斷層和褶皺構(gòu)造。沖擊傾向性作為煤巖固有屬性，其一直是判斷采場(chǎng)是否發(fā)生沖擊地壓的重要指標(biāo)[9]。近年來(lái)，我國(guó)有近50個(gè)礦井開(kāi)采深度達(dá)到或超過(guò)1000m，高水平原巖應(yīng)力環(huán)境和復(fù)雜地質(zhì)賦存條件是除沖擊傾向性之外誘發(fā)沖擊地壓的主要原因。2004年6月6日，北京昊華能源股份有限公司木城澗煤礦發(fā)生沖擊地壓事故，破壞巷道500多米，造成12人死亡。研究表明[10]，京西煤田受燕山中晚期和喜馬拉雅山多次造山運(yùn)動(dòng)的復(fù)合疊加改造，*大主應(yīng)力比華北地區(qū)高39.9%，而且煤炭資源主要賦存于倒轉(zhuǎn)型地層和逆斷層為主的擠壓型或者壓扭性褶皺和斷裂構(gòu)造帶中，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下沖擊事故十分頻繁。2011年11月3日，河南義馬千秋煤礦21221工作面發(fā)生嚴(yán)重沖擊地壓事故，380m巷道嚴(yán)重破壞，同時(shí)造成10人死亡、60余人受傷。義馬礦區(qū)是國(guó)內(nèi)典型的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域，域內(nèi)F16斷層失穩(wěn)活化，使附近工作面和巷道高度應(yīng)力集中，為沖擊地壓的發(fā)生積聚了能量，提供了動(dòng)載條件[11]。 因此，復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境是沖擊地壓發(fā)生的主要?jiǎng)恿υ慈芯繌?fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境下沖擊傾向性煤體的瞬時(shí)失穩(wěn)機(jī)理不僅可以探究煤體具有沖擊傾向性的原因，還能夠掌握誘導(dǎo)沖擊傾向性煤體失穩(wěn)的機(jī)理，對(duì)研究沖擊地壓發(fā)生機(jī)理具有十分重要的科學(xué)意義和工程指導(dǎo)價(jià)值。 1.2 地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 深部煤礦沖擊地壓是煤巖固有屬性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部荷載和地質(zhì)構(gòu)造綜合作用的結(jié)果，其形成過(guò)程非常復(fù)雜。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)賦存環(huán)境下沖擊失穩(wěn)機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究。 1.2.1 煤巖沖擊傾向性對(duì)沖擊地壓的影響 沖擊地壓事故的發(fā)生有很多因素，但普遍認(rèn)為，沖擊地壓與煤巖沖擊傾向性密切相關(guān)，可以稱為煤的固有屬性。一般來(lái)講，煤的沖擊傾向性由一組指標(biāo)決定，包括單軸抗壓強(qiáng)度、彈性能量指數(shù)、沖擊能量指數(shù)和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間。Kidybiński[12]利用這四個(gè)指標(biāo)研究了煤巖體積聚和釋放彈性應(yīng)變能的能力，評(píng)估了煤的沖擊傾向性，并對(duì)煤的沖擊傾向性進(jìn)行了分類。Lippmann等[13]基于研究巖石材料的漸進(jìn)破裂過(guò)程和單軸壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析了這四種沖擊傾向性指數(shù)報(bào)告的文獻(xiàn)，并比較了它們的優(yōu)勢(shì)和局限性。Haramy和Kneisley[14]指出，煤具有儲(chǔ)存應(yīng)變能的能力，并強(qiáng)烈建議采用彈性能量指數(shù)來(lái)評(píng)估煤的沖擊傾向性。Singh[15]進(jìn)行了一系列試驗(yàn)來(lái)探索可用于衡量煤的沖擊傾向性的參數(shù)，他引入了沖擊能量指數(shù)作為衡量煤的沖擊傾向性的參數(shù)。Lee等[16]使用彈性能量指數(shù)來(lái)評(píng)估隧道中存在的高沖擊傾向性。蘇承東等[17]利用上述4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了城郊煤礦煤層的沖擊傾向性，并研究了這些指標(biāo)之間的相關(guān)性。王宏偉等[18]通過(guò)這些指標(biāo)研究了煤的固有性質(zhì)，并研究了導(dǎo)致沖擊傾向性的內(nèi)外因素之間的關(guān)系。 為了深入了解沖擊傾向性與沖擊地壓之間的關(guān)系，除了這四個(gè)指標(biāo)之外，學(xué)者還進(jìn)行了大量基于能量積聚和釋放的研究獲得新的沖擊傾向性指數(shù)，如剩余能量指數(shù)、修正脆性指數(shù)、能量耗散指數(shù)、沖擊能量速度、能量釋放速度。張緒言等[19]提出了剩余能量釋放速度指數(shù)來(lái)評(píng)估煤巖體每秒釋放的能量。齊慶新等[20]指出，煤材料的脆性指數(shù)和含水率也可用于研究煤的沖擊傾向性。在研究沖擊應(yīng)變能與波速之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，蔡武[21]引入了沖擊應(yīng)變能指數(shù)來(lái)定量繪制中國(guó)煤礦沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)等值線。Faradonbeh和Taheri[22]旨在通過(guò)基于遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、C4.5算法和基因表達(dá)編程三個(gè)新指標(biāo)來(lái)評(píng)估沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)考慮當(dāng)前可用的數(shù)據(jù)庫(kù)，Afraei等[4]提出了綜合預(yù)測(cè)變量，結(jié)合煤層的上覆巖層厚度、抗拉強(qiáng)度和脆性比來(lái)評(píng)估沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)。Gale[23]指出沖擊地壓與能量有關(guān)，綜合運(yùn)用破壞速度、應(yīng)變能抗力、地震能和氣體能量指數(shù)來(lái)評(píng)估沖擊傾向性風(fēng)險(xiǎn)。宮鳳強(qiáng)等[24]提出了殘余彈性能量指數(shù)來(lái)定量研究?jī)?chǔ)存彈性能量密度、耗散能量密度和總輸入能量密度之間的關(guān)系。 實(shí)際上，煤的沖擊傾向性與煤的細(xì)觀組分和微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。張志鎮(zhèn)和高峰[25]發(fā)現(xiàn)，沖擊傾向性與巖石材料的不均勻程度有關(guān)。馮增朝和趙陽(yáng)升[26]指出，具有沖擊傾向性的煤的內(nèi)部性質(zhì)取決于其微觀均勻程度。潘結(jié)南等[27]揭示了巖石內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)對(duì)巖石的沖擊傾向性有重要作用，發(fā)現(xiàn)巖體的強(qiáng)度和楊氏模量隨著非晶石英含量的增加而增加，隨著蒙脫石和高嶺石含量的增加而減少。蘇承東等[28]進(jìn)行了一系列單軸壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)具有強(qiáng)沖擊傾向性的煤樣中的裂紋擴(kuò)展極為劇烈。王宏偉等[29]指出，具有強(qiáng)沖擊傾向性的煤樣含有大量的非結(jié)晶石英。宋曉艷[30]采用掃描電子顯微鏡和電磁輻射的方法研究了煤樣的強(qiáng)度、組分和微觀結(jié)構(gòu)，指出沖擊傾向性煤的破壞特征是脆性破壞。 1.2.2 高水平原巖應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境對(duì)沖擊地壓的影響 研究地質(zhì)構(gòu)造及其演化特征對(duì)于分析沖擊地壓機(jī)理至關(guān)重要，而地殼巖石圈應(yīng)力狀態(tài)和原巖應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律是研究地質(zhì)構(gòu)造特征及誘發(fā)沖擊動(dòng)力失穩(wěn)的基礎(chǔ)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，在以Zoback[31]為首的多國(guó)科學(xué)家的共同努力下，啟動(dòng)了“世界應(yīng)力圖”編制項(xiàng)目，建立了全球構(gòu)造應(yīng)力數(shù)據(jù)庫(kù)，全面系統(tǒng)地反映地殼巖石圈應(yīng)力場(chǎng)的總體和分區(qū)特征。我國(guó)學(xué)者在大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布特征同樣做了深入的研究。謝富仁等[32]以《中國(guó)大陸地殼應(yīng)力環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)》海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，總結(jié)了中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的基本特征，并將構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)劃分為四級(jí)應(yīng)力區(qū)，初步分析了控制中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布的動(dòng)力學(xué)環(huán)境。研究結(jié)果顯示，華北應(yīng)力區(qū)主要力源為太平洋板塊向西部歐亞大陸的俯沖作用，應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，*大主壓應(yīng)力以由東向西方向?yàn)橹鳌?關(guān)于國(guó)內(nèi)地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)分布等方面的研究，學(xué)者也開(kāi)展了大量的研究工作。秦向輝等[33]在北京地區(qū)開(kāi)展了5個(gè)深孔原巖應(yīng)力測(cè)量，分析了北京地區(qū)地殼淺表層應(yīng)力狀態(tài)，指出北京地區(qū)的原巖應(yīng)力結(jié)構(gòu)與主要斷層等地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，京西地區(qū)斷層存在失穩(wěn)滑動(dòng)的可能性。潘一山等[34]測(cè)定了大安山地區(qū)原巖應(yīng)力場(chǎng)分布特征，測(cè)量結(jié)果與華北地區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律基本一致，為礦區(qū)深部開(kāi)采中巷道支護(hù)和沖擊地壓防治提供了理論依據(jù)和可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。徐志斌等[35]在實(shí)測(cè)京西礦區(qū)不同規(guī)模的斷層和褶皺構(gòu)造的基礎(chǔ)上，指出由于地殼運(yùn)動(dòng)，京西煤田的擠壓應(yīng)力場(chǎng)由南東向指向北西向，在京西大安山—千軍臺(tái)一帶形成了多種褶皺和逆斷層構(gòu)造。在上述研究成果的基礎(chǔ)上，徐志斌和洪流[36]采用有限元分析法，進(jìn)一步論述了京西煤田燕山早期逆沖推覆構(gòu)造的特征及組合樣式，為京西煤田安全開(kāi)采和動(dòng)力災(zāi)害防治提供了理論依據(jù)。 1.2.3 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造與沖擊地壓相關(guān)性 斷層和褶皺構(gòu)造的孕育、發(fā)展到*終形成，從根本上來(lái)說(shuō)是一個(gè)處于非穩(wěn)定狀態(tài)下的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)隨著時(shí)間和空間推移不斷演化的過(guò)程。實(shí)踐證明，由于地殼巖層運(yùn)動(dòng)過(guò)程中斷層和褶皺構(gòu)造各處的殘余構(gòu)造應(yīng)力分布極不均勻，在工作面采掘擾動(dòng)的影響下，極易造成煤和巖石中累積的能量瞬時(shí)釋放。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造(主要指斷層、褶皺、相變)附近的沖擊地壓次數(shù)占所有沖擊地壓發(fā)生次數(shù)的70%以上。因此，沖擊地壓和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的相關(guān)性也成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。竇林名等[37]研究了沖擊地壓的主要影響因素，針對(duì)地質(zhì)構(gòu)造，將沖擊地壓分為褶曲構(gòu)造型和斷層構(gòu)造型。姜福興等[38]基于復(fù)雜多樣的地質(zhì)和開(kāi)采環(huán)境，指出工作面開(kāi)采時(shí)遇到斷層、褶皺的向斜核部或翼部、構(gòu)造相變帶等區(qū)域時(shí)，發(fā)生沖擊地壓的可能性極大。張平松等[39]通過(guò)地震類透射CT方法探測(cè)了工作面中的斷層構(gòu)造，指出斷層和煤層變薄區(qū)等是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要地質(zhì)因素。Guo等[40]在分析大量沖擊地壓案例的基礎(chǔ)上，指出地質(zhì)構(gòu)造失穩(wěn)擾動(dòng)是誘發(fā)沖擊地壓的主要形式。來(lái)興平等[41]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和理論分析研究了斷層誘發(fā)礦區(qū)動(dòng)力災(zāi)害的機(jī)理，確定了斷層帶動(dòng)壓影響的劇烈區(qū)域。張宏偉等[42]利用地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃和構(gòu)造凹地反差強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法，建立了沖擊地壓地質(zhì)動(dòng)力條件評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系。韓軍[43]分析了地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、原巖應(yīng)力場(chǎng)、地殼應(yīng)變能等參數(shù)，從構(gòu)造動(dòng)力環(huán)境、地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境、原巖應(yīng)力環(huán)境和能量環(huán)境等方面揭示了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域沖擊地壓的形成機(jī)制。國(guó)外，Rice[44]從地震學(xué)的角度指出斷層區(qū)域的摩擦和剪切在動(dòng)力災(zāi)害中占主導(dǎo)作用。Christopher和Michael[45]指出，必須同時(shí)考慮原巖應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采技術(shù)等綜合因素，才能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沖擊地壓的發(fā)生。Sainoki和Mitri[46]在考慮斷層傾角、落差、斷層面粗糙程度等因素的基礎(chǔ)上，采用斷層滑移量、移動(dòng)速度和斷層面上剪應(yīng)力等參量揭示了逆斷層作為主要的擠壓型地質(zhì)構(gòu)造誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理。 1.2.4 巨厚頂板瞬時(shí)失穩(wěn)誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理 上覆巖層運(yùn)移會(huì)導(dǎo)致礦山壓力的變化，而影響覆巖運(yùn)動(dòng)的主要因素有覆巖結(jié)構(gòu)、巖層組
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