微震和地音综合监测在冲击地压防治中的应用

在分析了微震和地音监测技术各自优势的基础上,结合ARAMIS M/E微震监测系统与ARES-5/E地音监测系统在华丰煤矿的应用效果,提出了综合微震和地音监测技术的冲击地压防治方法。理论分析表明,微震监测技术配合地音监测技术,不仅在时间上对冲击危险起到了即时预测,而且在空间上对冲击危险起到了从局部预测到区域预测的分级预测效果,还可以实现煤岩体破裂过程中能量从集聚至释放整个过程的全程监测。实践表明,ARES-5/E地音监测系统能够对冲击事件的发生起到提前预测;应用微震和地音综合监测技术,能够结合2种技术的优势,在冲击地压的防治中取得效果。     

地音监测技术在冲击矿压预测预报中的应用

基于ARES-5/E地音监测系统在我国煤矿的应用,介绍了地音监测技术的原理,以及地音监测结果的分析方法。通过对地音监测结果的分析,预测煤岩动力灾害。地音监测系统的现场应用表明,系统对监测区域的危险性做到了准确评价。     

矿山压力与地音

本文概要地从地音角度探讨了矿山压力及其显现。通过研究认为，从地音角度研究矿山压力，进而预测预报以及控制矿山压力是完全可行的，实践的效果也是良好的。在北京矿务局门头沟煤矿厦山东省枣庄矿务局陶庄煤矿几年来的实践，得出了用地音预测、预报冲击地压发生的规律。     

华丰煤矿地音监测防冲技术及实践

 煤矿深部开采矿井的主要灾害之一冲击地压,对矿井高产高效和人员、设备安全造直接威胁。为了进一步摸清冲击地压发生的前兆信息,基于ARES-5/E地音监测系统在国内煤矿的普及应用,介绍了该系统的监测预报原理、地音探测器的布置方式,研究了地音监测与微震监测、在冲击地压预报中的实时和短时预报的技术优势。通过对地音监测的监测结果数据统计分析,反映了煤岩体在采场采动、上覆岩层运动时,煤岩层的微破裂程度,遭到破坏的能量释放过程。监测结果表明：地音监测能够对冲击事件的发生起到提前预测的作用,地音监测技术的现场使用,以及与微震监测技术的联合应用,将成为冲击危险预测预报更行之有效的手段。     

微机地音顶板动态监测技术的应用

本文介绍了田陈煤矿将微机地音监测技术应用于采煤工作面顶板动态监测，成功地进行了顶板周期来压的预测预报。     

矿山压力与地音

本文概要地从地音角度探讨了矿山压力及其显现。通过研究认为,从地音角度研究矿山压力,进而预测预报以及控制矿山压力是完全可行的,实践的效果也是良好的。在北京矿务局门头沟煤矿及山东省枣庄矿务局陶庄煤矿几年来的实践,得出了用地音预测、预报冲击地压发生的规律。     

冲击矿压危险源及其层次化辨识

冲击矿压发生存在冲击矿压危险源,给出了冲击矿压危险源概念;通过对微震监测技术、地音监测技术以及采动应力监测技术应用效果的对比分析,提出冲击矿压危险源的辨识是冲击矿压防治的前提;冲击矿压危险源辨识技术存在各自适用范围,对于冲击矿压危险源的搜索定位必须实现层次化。     

时间序列ARIMA模型在煤矿地音监测系统中的应用

针对目前微震监测系统在冲击地压临震预警存在滞后性的问题，应用地音监测系统对冲击地压进行监测，同时进行了时间序列ARIMA模型在数据预测方面的研究。研究采用四通道ARES-5/E地音监测系统进行连续数据监测，首先对地音多通道监测数据进行数据清洗，剔除随机与干扰数据；然后对数据进行平稳性检验与数据差分分析；接着建立ARIMA数据模型并对模型进行相关性估计，识别模型参数后再对模型的有效性进行检验，通过检验后的模型对地音数据进行预测与识别。通过对石拉乌素矿地音设备监测的长期数据进行多层次提取并预测发现，时间序列ARIMA模型在中短期地音数据预测方面具有显著优势。     

声发射监测评价冲击地压危险状态的机制及应用研究

为了研究声发射监测技术在冲击地压危险状态评价和预警应用中的可行性,理论分析了声发射活动与煤岩损伤的关系,基于实验室测试验证了声发射指标与煤层冲击倾向性的相关性,并将研究成果应用到了现场实践。研究结果表明:声发射活动能够直接反映煤岩材料的损伤程度,声发射事件的峰值能量与煤层冲击倾向性呈正相关关系,一定程度上揭示了煤岩发生冲击破坏的能力,是评价冲击地压危险状态的基础。基于发震概率与报准率的衡量标准,现场应用声发射敏感指标地音异常系数对冲击危险状态给出了评价和预测,确定了潜在冲击危险区域和危险状态,有利于指导现场提前采取措施,降低冲击危险。     

基于地音监测技术的冲击危险性预测

基于ARES-5/E地音监测系统在华亭煤矿的应用,介绍了系统监测区域的划分,以及地音监测系统的应用效果。通过对地音监测数据的分析,得到地音参量与矿压显现之间的变化规律。地音监测系统的现场应用表明,系统对监测区域的危险性做到了准确评价。     

大尺寸试件在梯度应力作用下的岩爆孕育声发射特性

岩爆是地下深部岩体开挖过程中常见的一种地质灾害现象，而梯度应力是影响岩体岩爆孕育的主要因素之一。为探究梯度应力作用下的岩体岩爆孕育声发射特性，借助YB A型岩爆模拟试验装置对大尺寸试件进行不同梯度应力作用下的室内岩爆加卸载试验，采用声发射监测手段获取试件在加载过程中的声发射数据并进行分析。研究结果表明：围压一定时，试件所受顶部应力梯度差越小，试件岩体产生的声发射现象相对越早，声发射能量的释放频率在加载过程中更均匀，且声发射能量相对较小；随着试件顶部所受梯度应力差值的增大，试件的声发射能量值释放愈发频繁，振铃计数的变化范围越大，越符合岩体压缩作用下的4个变形阶段。     

“顶板-煤层”结构体冲击倾向性演化规律及力学特性试验研究

针对单纯以煤层或顶板岩层进行煤层冲击倾向性判定存在"低估"问题,以典型的冲击危险矿井为背景并结合煤层赋存的实际情况和冲击地压的显现特征,建立"顶板-煤层"结构体模型。通过对纯煤层、顶板岩层及2种不同高度比下的"顶板-煤层"结构体冲击倾向性试验和不同顶板强度、厚度、均质性及接触面角度的冲击倾向性数值试验,研究不同顶板特性对"顶板-煤层"结构体冲击倾向性的影响。研究发现,"顶板-煤层"结构体冲击倾向性高于纯煤层或岩层测定结果,更接近实际。随着顶板强度、厚度、均质性的增加,"顶板-煤层"结构体冲击倾向性增强,随接触面角度的增大,其单轴抗压强度降低,峰后塑性变形阶段越来越明显。在接触面角度一定的情况下,随着顶板岩体强度的增加,随"顶板-煤层"结构声发射累计释放能量减弱。随"顶板-煤层"结构体冲击倾向性的增强,其峰后声发射累积能量呈减小的趋势。     

岩爆的超声波监测及预测预报方法试验研究

针对岩爆监测研究的不足,开展了完整硬岩岩爆单轴压缩试验及全过程超声波监测,分析了完整硬岩岩爆破坏特征及超声波前兆规律,探讨了完整硬岩岩爆的预测预报。结果表明:对于完整硬岩岩爆,当加载载荷达到其峰值强度便产生噼啪声响,随之发生爆裂,通过分析碎片,发现试样靠近外部区域劈裂现象明显,越靠近试样内部其破裂面的粉化程度越严重,剪切现象越明显,是源于内部被约束程度的增加导致的强烈摩擦作用和高耗能的结果;通过对完整硬岩岩爆全过程超声波监测,发现波速由平稳不变发展到波动状态、首波波幅由微小的起伏波动发展到较大的起伏波动、衰减系数从增加转为下降均可作为岩爆发生的前兆;首波波幅由总体上减小转为明显增加也可作为岩爆发生的前兆,首波波幅由一直减小发展到微小起伏波动可作为岩爆发生的前兆;硬岩超声波频谱图可反映硬岩试样在载荷作用下其内部由变形发展到产生损伤再到破裂随即岩爆的过程。     

岩爆孕育发生过程中的微震活动规律研究

为提高采用微震监测技术预报岩爆的准确率,基于最小耗能原理,通过理论分析,花岗岩室内试验和数值分析等方法,揭示了岩爆的孕育发生机理,提出了岩爆发生的准则,建立了岩爆的孕育发生过程的本构方程,探讨了由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线之间的关系,揭示了应力、能量积累转移与微震活动空间分布规律之间的内在联系.研究结果表明:岩爆的孕育过程是以损伤耗散为主的储能过程,发生过程是以塑性耗散和弹性能释放为主的能量释放过程;同时满足裂纹扩展完成准则和极限储能准则时发生岩爆;由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线有很好的一致性;通过监测微震活动空间分布规律可揭示岩爆孕育发生过程中应力和能量分布情况,为建立岩爆预报模型提供依据.     

深部高应力异常集中区冲击矿压动态防治实践

针对采动煤岩体的应力和储能的“时-空”演化特征,以徐州三河尖煤矿深部高应力异常集中的9202工作面及其轨道巷为试验区,提出了冲击矿压的动态防治技术体系：① 分析冲击危险的地质和开采因素,特别是垂直应力梯度的分布规律,进行冲击矿压危险的“时-空”预区划;② 针对不同的冲击危险区,制订相应的煤岩体强度弱化参数;③ 利用微震、电磁辐射以及钻屑法等多参量监测手段及时检验卸压治理的效果,如果检测指标超标,则继续进行卸压解危,直至指标明显突降。防治过程始终遵循“危险监测-卸压解危-效果检验”的动态循环。这一技术目前已在我国多个高冲击危险工作面进行推广应用。     

基于微震监测技术的深部采场采动规律研究

冬瓜山铜矿是目前国内开采最深的金属矿山之一,岩石具有典型的岩爆倾向性。为了掌握岩爆发生规律,并及时采取有效安全控制措施指导矿山安全生产,矿山引进了南非ISS公司的微震监测系统,实现了对采矿引起的岩体应力、应变状态的实时监测。本文简单介绍了冬瓜山铜矿首采区的地质条件、采场结构及微震传感器的空间布置。在前期处理波形和事件聚类分析研究基础上,与生产活动相对应,采用地震参数对采场开采过程中不同阶段的应力变化规律进行了对比分析研究,并结合矿山实际的破坏事件,进行了针对性分析研究。研究成果为后续相邻采场开采及隔离矿柱稳定性的控制策略等提供依据。     

冲击矿压的静动叠加失稳机制和发生模式

基于静动叠加冲击矿压的黏弹脆性体突变模型和黏弹性介质中震动波的传播规律,研究了煤体静动叠加冲击失稳机制,结合实例分析了静动叠加冲击矿压的2种基本发生模式:高静载低动载模式和高静载高动载模式,讨论了震动波频率、结构弱面刚度等因素对震动波传递的影响。认为高静载低动载模式和高静载高动载模式能够揭示两类典型的冲击过程;震动动载形成的瞬时动应力增量与静载蠕变阶段的静应力叠加使煤体满足临界条件而发生冲击失稳;震动波传递不仅随弱面的力学性质劣化而弱化,且随震动波的物理特性变化如频率的增大和波幅的降低而弱化。研究结果能为冲击矿压监测和防治提供指导。     

微地震监测技术在矿井灾害防治中的应用

煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出、出水等地质灾害，与岩体中的微地震现象有着必然的联系。首先介绍了微观尺度下声发射的力学机理。其次通过对微地震现象的定位和一些参数如频率、能量、分维数等的分析，说明了它们在灾害预报中的作用。已有的观测结果表明，频率的降低、大能量事件发生和分维数的减少都预示着地质灾害即将发生；然后归纳了采矿活动导致的岩石破裂产生的微震的力学机理，可分为高垂直应力、低侧压，高侧压、低垂直应力等4种剪切类型；最后介绍了澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)与我国的兴隆庄煤矿进行的微地震方面的研究与合作，指出利用微地震来预报地质灾害和防灾减灾未来前景广阔。     

冬瓜山铜矿微震监测系统及其应用研究

冬瓜山铜矿是千米深井开采有岩爆倾向的金属矿山，建立了微震监测系统以实现岩层活动的连续监测和岩爆的实时预报。综合实际工程条件和拟定传感器空间网络方案的地震事件定位精度和系统灵敏度计算结果，实现了微震监测网络的优化。建立的数字化多通道微震监测系统具有先进和丰富的地震学定量分析和可视化解释功能，可以完成多重聚类和时间序列分析。在冬瓜山铜矿已记录的监测数据的基础上，开展了矿山地震信号识别、矿山地震活动分析方法和冬瓜山地震活动规律等研究，取得到了初步成果。     

深埋矿床开采中的岩爆问题

岩爆机理和岩爆防洽措施的研究在我国还刚起步。本文在借鉴国外深井开采岩爆防治经验和理论研究成果的基础上，做了一些有益的探讨。