礦山地震(礦震)是采礦誘發(fā)的局域性地震,它具有震級較小、震源較淺、對地表影響較大等特點,礦山地震對地表損傷的影響日益引起人們的關(guān)注,因此探討礦山地震對地表損傷的影響效應(yīng)具有很重要的意義。本文從理論分析、數(shù)值模擬、實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方法綜合研究了礦震對地表損傷變形的影響規(guī)律,主要取得如下成果:(1)在回采過程中由于上覆堅硬頂板破斷及震動效應(yīng),會產(chǎn)生頂板突然破斷后巖層的下沉,同時震動會改變破碎巖土介質(zhì)的密實度,當(dāng)有礦震參與時將影響地表下沉�；谟绊懞瘮�(shù)法的地表損傷變形預(yù)計方法,引入礦震影響因子K_s,建立了礦震擾動下地表變形損傷參數(shù)計算模型,得出礦震擾動后地表下沉為:(?)水平移動為:(?)水平變形為:(?)即在有礦震擾動情況下,地表的下沉、水平移動和水平變形與無礦震擾動相比均會存在差異。(2)利用UDEC數(shù)值模擬了震源正上方巖土層的質(zhì)點震動速度、加速度峰值和沉降位移規(guī)律。結(jié)果表明,在震源深度一定的情況下,礦震能級越高,對地表的損傷越大;在同能級的礦震應(yīng)力波擾動下,震源正上方的地表質(zhì)點震動速度、加速度峰值和沉降位移量隨震源深度的增加而減小,震源距離地表越近,質(zhì)點峰值速度和加速度越高,地表位移越大;巖層強(qiáng)度越高,礦震波衰減越慢,震源正上方的質(zhì)點震動速度、加速度峰值和沉降位移量越大。震源深度250 m的礦震,當(dāng)?shù)V震能級從10~2 J到10~7 J時,震動速度峰值從0.38m/s變?yōu)?.01 m/s,增幅165.8%,震動加速度峰值從19.5 m/s~2變?yōu)?7.5 m/s~2,增幅92.3%,影響半徑由450 m增至550 m。當(dāng)發(fā)生10~4~10~7次能量級別的礦震時,速度峰值大于0.5 m/s,達(dá)到了地表民用建筑物破壞標(biāo)準(zhǔn)。能級為10~6~10~7 J的礦震,在震源深度為250 m時,地表豎向速度、加速度峰值和沉降位移峰值急劇增大,速度和加速度峰值分別為為1.01 m/s和37.5 m/s~2,與無礦震影響相比,豎向位移增量0.509 m,增加比例達(dá)到了163.7%,影響半徑550 m;當(dāng)震源距離地表小于300 m時,地表豎向速度峰值將大于0.5 m/s,達(dá)到了地表民用建筑物的破壞標(biāo)準(zhǔn)。在能級為10~6~10~7 J的礦震擾動作用下,堅硬巖層(定義巖層系數(shù)1)地表質(zhì)點的沉降位移峰值為0.643 m,遠(yuǎn)大于軟弱巖層(巖層系數(shù)0.2)時的沉降位移峰值0.245 m。模擬結(jié)果表明,礦震對地表的損傷影響程度與礦震能級、震源深度和覆巖屬性有關(guān),由這三個因素共同決定。(3)統(tǒng)計分析了東灘礦某區(qū)域工作面開采期間的礦震事件發(fā)生規(guī)律。該礦開采誘發(fā)的震動以10~2~10~3 J、10~3~10~4 J之間的較小能量釋放礦震事件為主,10~5 J以上的較強(qiáng)礦震事件相對較少。礦震多發(fā)于地質(zhì)構(gòu)造、基本頂?shù)闹芷跀嗔岩约吧细哺呶痪藓瘛凹t層”砂巖中,震源深度在200~660 m之間。根據(jù)分析東灘礦的礦震震源深度及能量級別,得出該礦的10~4 J以上的較高能級礦震會對地表的損傷及沉降造成一定的影響。(4)東灘礦某工作面實際開采過程中,地面監(jiān)測臺站監(jiān)測到2次大能量礦震,分別為9.0×10~6 J和1.45×10~7 J,震源深度約為500 m和400 m。根據(jù)礦井實際地質(zhì)及開采條件,采用數(shù)值模擬方法分析了在無礦震情況下,工作面開采地表的沉降數(shù)值,預(yù)計最大下沉值分別為0.436 m和0.453 m。通過對地表沉降的實測結(jié)果表明,2次礦震發(fā)生后,最大下沉值分別為0.653 m和0.878 m,比無礦震時的預(yù)計值增加了0.217 m和0.425 m,表明開采過程中的礦震會增加地表的損傷及沉降。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD325.2
【部分圖文】：

L物。最嚴(yán)重的礦震發(fā)生在波蘭，地面形成大量塌陷區(qū)，同時嚴(yán)重?fù)p毀了物。東灘煤礦（見圖 1-1）于 1989 年底開始投產(chǎn)，設(shè)計年產(chǎn)量為 400 萬噸實際原煤產(chǎn)量 800 萬噸/年以上。第一開采水平標(biāo)高為-660 m，第二開高為-745 m，現(xiàn)地表標(biāo)高平均為 49.7 m，是充州礦區(qū)采深最大的礦井

age and Deformation Based on Influence Function Method如圖 2-1 所示，影響函數(shù)法[91]的理論基礎(chǔ)也即疊加原理，設(shè) ab 段內(nèi)煤采（未受礦震擾動），每個小段的開采長度為 xi ，其開采對地表點 A沉影響為iA W。則總的開采對地表 A 的下沉影響應(yīng)為各個小段 開采的總和。

在上式（2-3）中， f ( x )即影響函數(shù)，我們由積分的定義和性質(zhì)可以得震擾動下ab段煤層開采引起地表觀測點A的沉降量即為影響函數(shù) f ( x , b )內(nèi)與 f ( x ) 0之間所圍的面積的sK 倍。對于半無限開采地表下沉的剖面方程，設(shè)工作面自很遠(yuǎn)處開采并停止取地面橫坐標(biāo)與煤層面橫坐標(biāo)重合圖（圖 2-2），則 ( )sW x 為：
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2882369