本書共分為5章，主要內容包括國內外研究現狀、厚硬岩層采場應力演化與礦震—衝擊地壓發生的關繫、礦震引起地面震動損害的評估預測、多煤層保護煤柱設計及其邊界動力災害防控、厚硬岩層采場關鍵工作面防衝—減震開采設計研究等。本書以近地表厚硬岩層運動引起地面震動案例分析為基礎，綜合厚硬岩層破斷及能量傳播規律，提出了“震動損害邊界”的觀點、預測評估方法和礦震引起地面震動損害的防控技術。

國家重點研究發展計劃（2016YFC0801401；2016YFC0801408）

國家自然科學基金重點項目（U1361208） 資助

國家自然科學基金面上項目（51674014；51574008）

厚硬岩層礦井礦震與衝擊復合動力災害防控

張明 姜福興 著

ISBN 978-7-5020-6618-5

開本 710mm×1000mm 1/16 印張 10 3/4 字數 194 千字

版次 2018年6月第1版 2018年6月第1次印刷

社內編號 20180181 定價 40

目次

1引言

1．1研究背景

1．2國內外研究綜述

1．3需要進一步解決的問題

1．4研究內容及技術路線

2厚硬岩層采場應力演化與礦震-衝擊地壓發生的關繫

2．1厚硬岩層對礦震和煤岩衝擊的影響

2．2基於厚硬岩層運動狀態的采場覆岩分布特征

2．3厚硬岩層采場應力（場）演化分析

2．4厚硬岩層失穩形式及其判據

2．5厚硬岩層采場礦震-衝擊復合動力災害發生機理

2．6本章小結

3礦震引起地面震動損害的評估預測

3．1強礦震引起地面震動典型案例

3．2地面震動損害邊界觀點的提出

3．3地面震動損害邊界的趨於定量分析

3．4礦震引起地面震動損害的開采防控與實踐

3．5地面震動損害邊界觀點對開采設計的指導意義

3．6本章小結

4多煤層保護煤柱設計及其邊界動力災害防控

4．1概述

4．2控制長期高應力作用下煤柱衝擊失穩與變形的原則

4．3煤柱靜態應力估算

4．4保持煤柱長期穩定及地面建築安全的煤柱寬度設計

4．5結果驗證與煤柱設計

4．6重復采動終采邊界礦震原因及其災害防控

4．7本章小結

5厚硬岩層采場關鍵工作面防衝-減震開采設計研究

5．1災害實例及其“防衝-減震”的關鍵工作面觀點提出

5．2厚硬岩層下小關鍵工作面（煤柱）失穩預測與防控

5．3厚硬岩層下關鍵工作面防衝-減震開采研究

5．4本章小結

參考文獻

前言

近年來厚硬岩層礦井礦震等動力災害頻發，強礦震除了能夠誘發井下衝擊之外，還能對建（構）築物造成震動損害，給礦區居民造成心理“恐慌”，礦震已由采礦安全問題逐步演化成公共安全問題。針對厚硬岩層礦井，前人研究主要偏向於井下災害防治，兼顧井下防衝與地面防（減）震的理論和方法研究相對較少。本書重點開展了厚硬岩層礦井礦震與衝擊復合動力災害防控研究。成果已在山東和河北等多個試驗礦井（區）得到了驗證和運用，並逐步在相似條件礦井（區）推廣與實施。取得了如下主要成果：

（1）研究了厚硬岩層運動與垂直應力和水平應力演化之間的關繫，提出了厚硬岩層采場條件下“礦震-衝擊”復合型動力災害發生的預測模型。以工作面開采前—中—後的厚硬岩層運動狀態和覆岩結構分布為基礎，劃分了不同采動類型的工作面，得到了采場圍岩垂直和水平應力估算方法，建立了此條件下厚硬岩層破斷運動模型，提出了厚硬岩層采場條件下“礦震-衝擊”復合型動力災害的預測模型。

（2）提出了厚硬岩層破斷運動的地面“震動損害邊界”的觀點及其評估預測方法。在強礦震引起地面震動案例分析的基礎上，提出了“震動損害邊界”的觀點，以質點震動速度作為震動損害的主要評價指標，初步建立了礦震誘發地面震動損害的評估方法。根據厚硬岩層破斷誘發強礦震的條件，提出了降低地面震動損害的防控思路：①改變礦震孕育的條件；②減小一次礦震釋放的能量。通過現場開采實踐，取得了良好效果。

（3）探討了深井厚硬岩層條件礦井煤柱衝擊失穩與變形和地面建築物保護的關繫，提出了控制長期高應力作用下煤柱衝擊失穩與變形的方法。方法包括：①走向方向煤柱不發生衝擊失穩破壞；②走向方向煤柱不發生煤體長時強度降低而導致的失穩破壞；③傾斜方向煤柱保持均勻變形，從而使地面不發生明顯拉伸破壞。通過建立模型，得到了煤柱寬度設計公式，研究成果在山東某礦得到驗證與運用。

（4）研究了厚硬岩層—煤柱（小關鍵工作面）繫統的協調變形、失穩預測和災害防治方法。以某礦實際工程為背景，分析煤柱豎直變形的應力來源、形式和整體協調變形機制，得到了厚硬岩層—煤柱繫統協調變形的應力應變關繫，探討了厚硬岩層—煤柱繫統失穩類型、判據及其對井下動力災害發生的影響。

（5）提出了厚硬岩層采場關鍵（回采）工作面防衝—減震的開采設計優化方法。采用工作面整體穩定性和礦震引起地面建（構）築物的震動損害作為主要評估指標，通過優化設計，確定了關鍵工作面位置及參數。

本書的研究工作得到了李克慶、姜福興兩位教授的悉心指導，謹向兩位導師致以誠摯的謝意。感謝山東能源集團有限公司、棗莊礦業集團高莊煤業有限公司、冀中能源邯鄲礦業集團陶一煤礦和阜平礦業有限公司、新汶礦業集團華豐煤礦、兗州煤業股份有限公司濟三煤礦和南屯煤礦等有關領導和技術同仁在工程調研、應用推廣和現場監測數據整理中給予的大力支持和幫助。感謝書中所引用參考文獻的作者們付出的辛勤勞動。

本書的相關研究得到了國家自然科學基金項目《礦山微地震波的自動識別的基礎研究》（No51174016）、《基於高精度微震監測的岩層破裂與移動軌跡追蹤基礎研究》（No51274022）和國家科技部重點基礎研究發展計劃（973）項目《煤炭深部開采中的動力災害機理與防治基礎研究》（No2010CB226800）等多項縱向科研資助，同時，也得到了山東能源集團有限公司科技創新項目《山東能源集團衝擊地壓治理技術體繫研究》、棗礦集團高莊煤業有限公司《巨厚礫岩擾動引起礦震誘發災害控制研究》和冀中能源集團《復雜構造采場動力災害監測與減震開采研究》等多項橫向科研項目的支持，在此一並表示衷心的感謝!

書中的觀點和相關結論是初步的，尚需要在更多的實踐和理論分析基礎上不斷改進和完善，纔能為解決工程難題提供更有效的理論和方法。限於水平，書中難免有不足之處，敬請各位專家學者批評指正。

作者

2018年3月目次