基于差分进化算法的矿震震源谱参数反演

针对地震震源谱的零频极限及拐角频率参数反演计算，本文提出采用差分进化算法，并选取四种不同差分进化策略，利用矿山地震监测系统记录的采矿诱发矿震的地震波资料及Brune位错模型，对零频极限及拐角频率进行反演。经过差分进化算法反演，并与遗传算法反演结果对比，确定差分进化算法能够实现零频极限及拐角频率的精确计算。同时，研究发现针对多元非线性Brune位错模型进行差分进化反演，其变异策略中的rand相比best，更能够实现全局寻优能力，避免陷入搜索停止，出现早熟现象。再根据反演的零频极限和拐角频率，进而计算地震矩、震源半径及视应力等震源参数，从而为研究采矿区域应力分布、集中及释放规律、判别开采作业区域安全提供了很好的途径。     

矿山微震震源能量表达方法与应用研究

为了克服传统微震监测预报方法采用对微震事件发生频度、数量和定位上，不能从单一的微震事件上进行判断的技术弊端。借鉴于天然地震能量理论，提出了一种建立矿山微震震源能量求解的方法，并建立了震源点实际能量与微震监测能量的关系式。研究了以炸药当量表述微震震源能量，通过炸药当量与震级的关系，基于震源能量求出矿震震级。现场研究结果表明：微震震源能量对预测矿难、预报周期来压、卸压效果评价、构造地带活化评价以及地压异常区域的确立，有着较为显著的意义。研究结果表明建立微震震源能量与炸药用药量、矿震震级的关系可以定量计算微震事件释放能量的大小，为矿山灾害的预警提供一种新的评判标准，可用于指导矿山安全生产。     

煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制

为实现对褶皱构造区冲击矿压震源机制的有效分析,基于震源机制矩张量反演方法,在优化震动波远场位移及破裂面产状求解方法的基础上,对甘肃华亭矿区砚北煤矿250204工作面回采期间冲击矿压震源破裂类型、破裂面产状及视应力等地震学参量进行系统分析,揭示了砚北煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制。研究结果表明:工作面回采扰动影响下,褶皱构造区冲击矿压震源破裂类型以拉张破裂为主,其矩张量以非双力偶部分占主导,表现为水平挤压构造应力、超前支承压力共同作用下煤岩体的应力释放;震源破裂面产状有明显分化趋势,小倾角(35°)震源破裂面走向多垂直工作面推进方向,而大倾角(35°)震源破裂面走向多平行于工作面推进方向且倾向实体煤一侧;褶皱构造区冲击矿压震源辐射能量和地震矩基本分布在一包络线内,随震源辐射能量增大,其地震矩大小分布更加集中;通过震源视应力计算,得到了回采扰动下工作面及其周边应力演化情况,与冲击矿压震源时空分布及巷道冲击显现结果基本吻合。     

矿山微震震源机制的初步研究

矿山微震震源机制是揭示和认识矿震发生机理,从事矿山微震监测预报、矿震灾害防治的基础和前提,也是从事矿震研究的理论基础之一。根据完整岩石破裂机理,从刚度理论的角度论证了岩石动力破坏的理论条件;在总结矿山常见的岩体破坏类型的基础上,对几种基本的矿震机制进行了全面的论述。     

ESG微震监测系统在千秋煤矿的应用

利用ESC微震监测系统可精确地确定矿山震动震源位置,计算微震能量的大小,实现对矿山一定范围内震动的全方位、多层次连续监测.义煤集团公司千秋煤矿应用ESG微震监测系统进行了煤矿井下震源、震动监测.在监测过程中,利用PAL-Paladin数据采集软件、HSS v1.2数据处理软件进行震源的收集和震源的精确定位,分析了坚硬顶底板条件下震动发生的规律,将其结论应用于矿井冲击地压的防治,实现超前防范、综合治理.     

一种改进的震源扫描算法微震定位

震源定位是矿山微震安全监测技术十分重要的基础环节。基于一种新型的地震定位方法———震源扫描算法(Source-Scanning A lgorithm,SSA),对算法公式提出了改进,并研究了改进SSA算法用于微震震源定位的一些基本问题。通过人工爆炸实验得到的数字地震波形资料计算,进行了2种算法的对比,结果表明,改进SSA法计算结果更稳定,计算精度更高。     

井上下微震联合监测震源垂直定位精度优化研究

震源垂直定位位置是煤矿冲击地压机理研究的重要基础数据,对冲击地压灾害的监测与防治研究具有重要意义。对于近水平煤层工作面,由于各微震台站之间高差较小,导致在进行震源定位计算时,震源参数的偏微分矩阵接近奇异,迭代计算无法收敛到准确解。对台站合理高差和无高差两种情况下的煤矿微震台网进行仿真模拟,结果表明当台网内台站处于同一水平面时,震源垂直位置的定位误差较大。为了解决这个难题,笔者在井下微震监测台站的基础上,增加了地面微震监测台站,形成井上下联合监测台网,有效优化了微震监测台网的空间结构,尤其是台站在垂直方向上的分布效果。对红庆河的微震数据进行分析可知对于2次方的微震事件,井上下联合监测系统的监测效能可达90%,3次方及以上的微震事件可达100%。通过对比10组井下断顶爆破引发的微震事件数据,发现井下微震监测系统定位结果基本位于煤层上方30 m的封孔范围内,井上下微震联合监测系统定位结果基本位于煤层上方30～60 m的爆破孔装药长度范围内;与单纯利用井下监测台站的定位结果相比,井上下微震联合监测系统的定位结果普遍距离真实震源更近,表明地面监测台站的加入有效提高了震源的垂直定位精度,解决了近水平煤层微震事件垂直定位误差较大的问题。     

冲击地压频发区矿震破裂机制与震源参量响应规律

矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,研究矿震震源破裂机制对完善冲击地压致灾机理至关重要.为有效分析矿震震源破裂机制与震源参量响应特征,基于相对矩张量反演原理提出以震源群为单位反演矿震震源机制,并针对煤矿应用背景构建了反演矩阵,推导了反演所需最低射线数与震源数条件,优化了矿震震源破裂类型判识方法,提高了反演精度与效率...     

基于井上下微震联合监测技术的震源高度误差控制研究

针对近水平煤层因所有微震监测台站均位于同一个水平面内，导致震源高度定位误差较大，无法满足现场监测要求，从震源求解偏微分导数的角度，理论分析了水平煤层震源高度求解误差较大的机理，提出了井上下微震联合监测技术，同时研究了地面台站的层状波速模型，利用爆破事件反演得出最佳P波波速。并通过分析门克庆煤矿和大海则煤矿的井上下微震联合监测数据，证明了该项技术对震源高度求解误差具有较好的改进作用。     

基于MOPSO-SA混合算法的矿山微震震源定位方法

冲击矿压是一种典型的煤矿动力灾害,通过监测煤矿微震来进行冲击矿压的预防预警是一种有效的手段,其中震源位置是微震监测中需要确定的最关键和最基本的参数之一。在微震震源定位过程中,参与定位的通道个数对定位精度具有显著影响。当震动激发的检波探测器个数足够多时,不断增加通道个数并不能有效提高震源的定位精度。基于此,选取合适的震动信号参与定位对提升震源定位精度至关重要。为解决该问题,在设定均勾介质的条件下,基于走时拟合法的震源定位模型,提出一种既考虑定位通道个数、又考虑模型定位精度的微震震源多目标优化定位模型。为求解该模型,结合多目标粒子群优化算法(Multi-Objective Particle Swarm Optimization,MOPSO)和模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)的互补优势,提出一种基于多目标粒子群-模拟退火(MOPSO-SA)的矿山微震震源混合定位方法。该方法利用多目标粒子群优化算法的全局探索性能,为实现局部搜索的模拟退火算法提供更优的初始解,同时也有效避免寻优过程陷入局部极值。试验结果表明所提算法能够有效地求解多目标震源定位模型,且具有较高的定位精度。     

千秋煤矿冲击地压与微震活动关系

采用千秋煤矿微震监测技术对21141工作面冲击地压发生规律、覆岩破裂与微震事件的关系、冲击地压与微震事件的关系进行研究。获得了该条件下顶板垮落带与断裂带高度、顶板周期性活动特征、冲击危险区域、冲击能量来源以及冲击地压主要影响因素,为冲击地压的防治提供了参考。     

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近02时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于02。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0624。然而,当n1<0624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。     

采场前方应力分布参数的分析与模拟计算

从微观岩体力学模型入手,分析了采场前方应力集中峰位置分布计算公式中的煤体强度a₀,应力集中系数k和摩擦因素f_s等3个关键参数,指出它们是随着工作面推进而动态变化的参数;确定了公式中a₀在不同区段的取值(如破坏区、塑性区和弹性区依次取值为σ*_c,σ_c和σ_c)和计算公式,指出σ*_c,σ_c和σ_c等3个值之间存在过渡数值.在此基础上,进行了相关模拟计算和对比分析,结果显示,工作面推进过程中出现的破碎区宽度大于塑性区宽度.     

基于微震和地音监测的冲击危险性综合评价技术研究

采用微震和地音监测系统对千秋煤矿煤岩震动信息进行了联合监测,研究确定了千秋煤矿评价冲击危险性的微震和地音指标。根据微震和地音系统不同的监测对象和监测区域,建立了千秋煤矿基于微震和地音监测的冲击危险性联合评价模型,提高了冲击地压的预测水平。     

豫中巩义上庄煤矿二维地震勘探的研究与应用

河南省巩义地区上庄煤矿位于华北板块南缘的嵩箕构造区西缘。区内地形较复杂,梯田冲沟多,人员活动频繁。在采用二维地震勘查技术时使用炸药震源审批难度大。鉴于井田内主煤层埋深不大,地表多致密黄土覆盖,激发地震条件较好,具备二维地震勘探中采取重锤方式激发震源的条件,与可控源地震剖面相辅相成,进行数据资料联合解释。查明区内煤层构造形态及其埋深变化、断层详细等参数。结果表明,该区基本由走向近南北的逆断层将煤层构造形态分成东西2部分,均为由东向西倾斜的单斜地层构成。研究区内开展落锤实验、可控源实验获取了有效参数表明,在工矿区经合理实验后采用机械震源亦能取得较好的勘探效果,具有一定的推广应用价值。     

矿井采空区地下水库抗震性研究

为研究矿井采空区水库在震动环境下稳定性和安全度的变化情况,以李家壕煤矿为研究背景,通过采用公式推导和实验室相似模拟实验的方法,分析研究地震或其他震动持续存在的情况下,采空区水库各主要部分的稳定性以及安全度的变化情况。由于坝体是支撑采空区水库正常作业的关键部分,因此,着重对坝体在地震作用下的动力响应进行分析,得到坝体在地震情况下的动力响应公式。同时,通过实验室相似模拟实验的研究得出在采空区在震动持续存在的情况下,整个采空区受扰动后安全度的变化情况:随着震动强度的增加,水库整体的安全度降低;且在震源位置已知的条件下,距离震源越近处的安全度越低。     

锚网索喷注联合支护在深部软岩巷道中的应用

矿井在进入深部开采后,软岩巷道围岩出现显著变形,围岩破碎严重,对巷道围岩稳定性的控制变得极其困难.针对该情况,千秋煤矿在21区轨道下山扩修施工中,采用“锚网喷+锚索桁架+壁后注浆”相结合的联合支护技术,加强了深部软岩巷道的支护,较好地解决了围岩松软、高变形巷道的支护难题,技术经济效益显著,确保了工程质量和生产安全.     

Natural and induced seismic activity in Kuzbass

Based on the plotted times of occurrence of seismic events, their timing within a work week and location of epicenters, it is illustrated that since the 1960s the seismicity in the Kuzbass territory has been a complicated natural and mining-induced phenomenon. Since the late 1980s, the natural and mining-induced seismicity has entered the second stage of development, with clustering of low-energy seismic events and strong shallow earthquakes in the areas under heavy mining and, in the first instance, at deep open pit mines. The representative event of this kind is the magnitude 5.2 earthquake at the Bachatsky Coal Open Pit Mine on June 19, 2013. It has been found that the natural and induced seismic activity is associated with deep faults that weakly show themselves in the upper layer of the earth crust but appear in the local relief, which is an evidence of their live emergence onto the daylight surface due to the mining impact. The article proposes the comprehensive research program for the natural and mining-induced seismic activity in the Kuzbass area and the development of early identification of seismically active zones.     

考虑两侧煤柱与弹性煤体基础的基本顶板初次破断特征

建立考虑两侧煤柱支撑与实体煤作为弹性基础的基本顶板初次断裂力学模型,采用差分算法及主弯矩破断准则计算研究得到如下结论。① 基本顶初始断裂位置为偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面(弹性基础系数k较小,基本顶厚度h、弹模E较大时),反之为偏较弱煤柱侧的长边实体煤区上表面;② 两侧煤柱的宽度L1,L2及支撑系数km1,km2改变时,基本顶中部区与实体煤区的主弯矩及位置几乎不改变,而两侧煤柱区的主弯矩及位置变化显著;③ E,h大,而L1,km1,L2,km2小时,基本顶在两侧煤柱区不断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧的悬顶区中部下表面→偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面,断裂特征为非对称“=-X”型;反之基本顶在煤柱区会断裂,破断顺序为:偏较弱煤柱侧长边实体煤区上表面→偏较弱煤柱侧悬顶区中部下表面→较强煤柱区上表面→较弱煤柱区上表面,断裂特征为非对称“O-X”型;而L1,km1较小,L2,km2较大时,只较弱煤柱侧基本顶不破断,最终断裂形态为非对称“U-X”型;④ 比值k/E或k/(Eh3)不变(k,E,h改变时,km1及km2与k保持某个任意比值不变),基本顶破断规律不变。