煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

基于微震与矿山压力监测的工作面周期来压步距与机理分析

为研究22116综采工作面周期来压对正常回采的影响,采用微震和支架在线监测系统对22116工作面进行现场实测,并结合理论分析对工作面周期来压步距及关键层进行了确定。结果表明:大同组23.0 m细粒砂岩为基本顶,其所控制的上覆岩层平均厚度70 m,下伏煤层以上岩层为直接顶;工作面推进速度越快,微震活动越强烈,动力扰动下"三铰拱"结构易失稳形成悬臂梁结构,且推进速度较快时周期来压步距较短;工作面推进速度不同,基本顶弯曲断裂的微震强烈程度不同,同时微震事件时域分布显示出明显的周期来压特点,与矿山压力监测结果一致。     

矿山深部开采岩体稳定性监测技术研究

针对矿山深部开采过程中易发生地压动力灾害的问题，基于微震监测技术，结合矿山实际特点建立岩体稳定性监测系统。优化台网设计，通过定点爆破的方法进行波速校正，最终建立了定位误差在10m,灵敏度在-2.2的监测台网。对监测数据进行波形拾取，分析微震事件时空演化特征，圈定潜在危险区域，并对潜在危险区域围岩变形损伤进行分析。最终总结出微震事件大幅度上升且处于较高水平、空间分布高度集聚、能量指数突然下降而累计视体积迅速上升的动力灾害预警前兆。研究结果可为深部开采岩体稳定性监测提供参考。     

煤层底板水害三维监测与智能预警系统研究

针对华北型煤田煤层底板突水监测点覆盖不全、智能化水平不高等问题,以底板"下三带"理论为基础,提出集多频连续电法充水水源监测、"井-地-孔"联合微震采动底板破坏带监测以及监测大数据智能预警为一体的煤层底板突水三维监测与智能预警技术思路。其中多频连续电法监测系统以伪随机多频序列为人工场源,利用伪随机相关辨识技术提取强噪声背景中的弱信号,采用拟高斯-牛顿法对预处理数据进行三维电阻率反演,实现对煤层底板充水水源变化过程的自动化三维监测;"井-地-孔"联合微震监测系统主要通过研制带推靠的孔中传感器及回收装置,实现微震传感器"井-地-孔"三维立体布署,采用井下有线(IEEE1588)和地面无线(GPS)时钟同步方式解决地面与井下采集设备的时钟同步问题,建立起"井-地-孔"监测数据的实时传输网络,基于偏振分析联合反演的三分量定位算法,实现采动底板破坏深度时空精细定位与实时监测;智能预警系统利用时序大数据挖掘技术与计算机深度学习技术对电法、微震多元时序监测数据进行分析和处理,采用指标预警和模型预警方法对监测数据空间展布和预警级别以三视热力图形式输出,实时显示煤层底板各网格的预警等级,从而形成煤矿底板水害三维监测与智能预警技术体系。最后,以河北葛泉矿东井11916采煤工作面为应用对象,采用多频连续电法监测系统、"井-地-孔"联合微震监测系统,以及基于时空监测数据的智能预警系统对煤层底板岩溶水害进行三维监测与智能预警,为我国华北型煤田煤层底板水害监测预警提供了新的技术与装备支撑。     

基于微震和电磁试验系统的煤岩破裂微震测试

基于煤岩体破裂产生微震和电磁场的原理,采用自动化伺服压力机、微震和电磁信号接收天线、信号采集系统及信号处理系统等,建立了微震和电磁场测试系统。最后,对某矿区的煤试样进行了实验,结果表明:煤岩体破裂过程中产生阵发式的微震、电磁等脉冲信号,脉冲信号与煤岩体受力密切相关,且微震信号和电磁信号的产生并不同步。电磁辐射信号在受载全阶段均产生,而微震信号仅在煤体破裂时集中产生,这说明电磁信号对煤体变形破坏的敏感性更强。     

某矿山地压监测系统建设及预警技术研究

某矿山构造应力较大且岩体硬度较大,发生岩爆风险可能性较高。基于微震监测技术,建设了符合矿山实际特点的地压监测系统,经过台网优化,监测系统定位误差在10 m左右,灵敏度在-2.6左右。分析了微震事件空间分布,划定采场西侧为潜在危险区域。并分析危险区域内微震事件b值动态演化特征,得出b值可做为岩爆预警参量,b值迅速下降可作为岩爆前兆信息,成功预测岩爆发生,可为类似矿山安全生产管理提供一定的借鉴意义。