厚硬顶板覆岩冲击矿震影响的远近场效应研究

作     者：高明仕 徐东 贺永亮 张治高 俞鑫 GAO Mingshi;XU Dong;HE Yongliang;ZHANG Zhigao;YU Xin

作者机构：中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学冲击岩爆巷道支护研究中心江苏徐州221116 山东新巨龙能源有限责任公司山东菏泽274918 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2022年第39卷第2期

页      面：215-226页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51564044) 华能集团总部科技项目--能源安全技术专项项目(HNKJ20-H87) 江苏省研究生科研创新计划项目(KYCX21_2365) 

主　　题：冲击矿震 震源层位 能级 远近场效应 立体协同防冲 

摘      要：针对厚硬顶板覆岩破断释放冲击能量影响采场安全性等问题,基于材料力学及冲击动力学,建立了冲击震源层破断力学模型,研究了覆岩冲击震源层初次破断和周期破断产生的冲击能量大小以及冲击震动波在传播过程中的能量耗散机理,分析了厚硬顶板覆岩冲击震源层位能级对下伏采掘空间冲击矿震影响的远近场效应。研究发现:冲击震源层破裂释放能量与采高、冲击震源层破裂尺度、冲击震源层初次破断步距以及周期破断步距呈正比,与冲击震源层的层位高度成反比。冲击震动波能量随传播距离增大呈幂指数降低,且不同岩性对冲击能量的耗散能力不同。动载冲击波的作用时间分为冲击压缩区、动荡反射区及能量衰减区,下伏采掘空间围岩质点震动速度随冲击震源层位距离增大呈指数型衰减,随冲击震动能量的增大呈指数型增大,采掘空间上方厚硬顶板,均存在一临界冲击能量和临界冲击距离,近场的小能量不一定发生弱冲击,远场的大能量也不一定发生强冲击,冲击灾害程度主要取决于能量与距离的比值。采用能距比§来近似描述这种影响效应,通过典型冲击事件统计分析发现:当能距比§∈(0~10^(2))无冲击,§∈(10^(2)~10^(3))弱冲击,§∈(10^(3)~10^(4))中等冲击,§∈(10^(4)及以上)强冲击。厚硬顶板覆岩层位对矿井冲击矿震影响具有显著的远近场效应,分别会带来采面、采区、矿井、矿区不同区域不同程度的冲击地压显现甚至矿震等灾害,厚硬顶板覆岩层位的存在也为冲击矿震防治提供了靶点部位,可采取地面-井下高低位立体协同对向压裂破岩释能从源头防冲。