煤矿覆岩主控致灾层位危险识别及现场应用

针对煤矿地面水力压裂技术施工中工作面覆岩主控致灾层位难以准确辨识的难题,以孟村煤矿 401102工作面地面水力压裂工业试验为背景,采用理论分析、微震监测、现场调研等方法,揭示了煤矿厚硬覆岩运动诱发矿震和冲击地压的动力灾害机理,分析了基于载荷三带理论的厚硬覆岩分区运动特征与诱发动力灾害之间的关系,建立了基于关键层运动状态的矿震能量预测模型与采场等效附加应力估算模型,提出了基于K-means聚类算法和肘部法则的煤矿覆岩主控致灾层位识别技术方法,确定了现场压裂施工层位并进行工业试验,根据现场微震监测数据及理论分析结果进行了效果验证,得到结论如下:孟村煤矿 401102工作面致冲关键层及矿震关键层均为距离煤层 66m的安定组关键层R9,其初次破断运动采场等效附加扰动应力理论值为 7.23 MPa,初次破断运动释放矿震能量理论值为 6.08×105 J,致灾危险性较强;震-冲关键层压裂后,矿震能量理论值降幅 94%,采场等效附加扰动应力理论值降幅 76%,工作面上方 5×103 J大能量微震事件出现明显上移趋势,上移量约为 15 m;103 J及以上能级微震事件频次占比显著下降,由 60.39%降至 17.89%,最大微震事件能量由 6.65×105 J降至 9.75×103 J;102 J及以下能级微震事件频次占比显著上升,由39.61%增至82.11%.