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基于矿震活动规律的重复采动高位硬厚岩层冲击机制探讨
摘要
针对重复采动高位硬厚岩层中出现的冲击振动，并结合矿震活动规律，本文探讨了岩层冲击机制，包括岩层应力分布和破坏特征，建立了一套针对该问题的理论模型。通过实验和数值模拟的方法，验证了该模型的可靠性和适用性。最后，提出了防护对策，为实际生产提供了借鉴和参考。
关键词：重复采动、高位硬厚岩层、冲击机制、矿震活动规律、防护
Abstract
Inviewoftheimpactvibrationintherepetitiveminingofhighhardandthickrockstrata,combinedwiththerulesofmineseismicactivity,thispaperdiscussestheimpactmechanismofrockstrata,includingstressdistributionanddamagecharacteristics,andestablishesatheoreticalmodelforthisproblem.Throughexperimentsandnumericalsimulations,thereliabilityandapplicabilityofthemodelareverified.Finally,protectivemeasuresareproposed,whichprovidereferenceforactualproduction.
Keywords:repetitivemining,highhardandthickrockstrata,impactmechanism,mineseismicactivityrules,protection
一、引言
在矿山采掘过程中，采动面经常会出现冲击振动现象，这会导致周边的工作面和设备遭受损害，甚至会威胁到人员安全。因此，研究采动过程中的冲击机制，对于制定科学的防护措施，提高矿山生产效率和安全性，具有十分重要的意义。本文以重复采动高位硬厚岩层为研究对象，探讨其冲击机制，并提出相应的防护对策。
二、重复采动高位硬厚岩层的特点
重复采动高位硬厚岩层是指在采矿过程中，由于矿脉的倾斜以及矿体的断层等地质因素的影响，使得采动面进入了一种“下沉-上切”的循环过程，即从地面开始向下进刃，到达一定的深度后，开始向上掘进，形成一种周期性的采掘模式。这种采造方法对于有效利用煤层资源和提高采煤效率，具有重要的意义。但同时，也会使得采动面遭受不同程度的应力和变形，导致冲击振动的发生。其中，高位硬厚岩层具有以下特点：
1.硬度大，抗压强度高，一般为2.0~4.0MPa。
2.厚度大，一般为5~20m，部分甚至达到50m以上。
3.地下水丰富，局部地区的水平补给比较充分，容易造成湿软带出现。
4.采动面倾斜，掘进方向与岩层的面状构造呈锐角。
这些特点决定了高位硬厚岩层在采掘过程中容易发生冲击振动现象。
三、矿震活动规律
矿震活动是指由于采矿和地质作用导致矿山围岩产生的微震事件。矿震的发生会引起围岩变形和破坏，进而产生冲击振动。因此，深入研究矿震活动规律，对于理解采动面岩层受力变形情况，提高防护措施的科学性和可靠性，具有重要意义。矿震活动规律主要包括以下几个方面。
1.矿震的规模通常与采煤速度相关。采煤速度越快，产生的矿震规模通常越大。
2.矿震的发生与矿山建筑结构有关。例如块体稳定性差的地方，矿震的活动频率较高。
3.矿震与周边地质构造有关，例如矿脉的分布、断层的存在等会对矿震的规模和频率产生影响。
四、岩层冲击机制探讨
1.岩层应力分布
在重复采动高位硬厚岩层的采矿过程中，采动面对于周边岩石的挤压会导致岩层的应力分布发生改变。在采动面两侧，应力呈现出轴对称的分布模式，即向采动面的方向逐渐增加，然后向远离采动面的方向逐渐减小。在采煤朝向上的区域，采掘压力不断增加，容易导致岩层破坏。而朝向下的区域，则会发生剪切破坏和滑动破坏。因此，在重复采动高位硬厚岩层的采矿中，需要采取适当的坑道支护和预防煤层动掘。
2.破坏特征
在岩层应力分布发生变化的同时，不同的破坏特征也会出现。在上掘区，岩层会发生张性破坏，也就是岩层发生拉伸产生裂缝，而在下掘区，岩层则会发生剪切破坏和滑动破坏。此外，在采掘过程中，不可避免地会产生煤层细小裂隙的扩展，这会导致岩层的变形和破坏。因此，如果岩层的破坏较为严重，就需要进行采区补强和支护。
五、理论模型建立和验证
在上述分析的基础上，建立了重复采动高位硬厚岩层岩层冲击模型。该模型采用有限元理论，以APDL语言为编程工具，提出了依据和计算方法。
采用实验方法和数值模拟的方式，验证了该模型的可靠性和适用性。实验结果显示，该模型能够准确地预测岩层的破坏情况、应力分布和振动响应，并为实际生产提供