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。     

井亭矿16~#煤层合理控顶设计的研究

本文采用了“主动控顶”原理,对井亭煤矿16~#煤层6205回采工作面进行了合理控顶设计,通过支护质量与顶板动态监测智能系统的检验,煤层的支护设计是合理的,能够保证顶板处于良好状态。     

采动影响下断层冲击矿压危险性研究

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对矿山压力分布的影响.研究了不同断层倾角、断层强度、断层落差、老顶厚度和老顶强度下,工作面支承压力峰值变化规律.结果表明,工作面由断层上盘向断层推进:支承压力峰值随断层倾角减小而减小,当断层倾角为30°时,应力峰值降为60.92MPa,甚至会小于无断层影响下的63.18MPa;当老顶厚度超过20m,应力峰值迅速降为51.53MPa.而工作面由断层下盘向断层推进:应力峰值随着老顶强度的增大先迅速增大为89.34MPa,当老顶强度超过40GPa后,应力峰值基本保持不变.当工作面由断层下盘向断层推进时冲击危险性均比工作面由上盘向断层推进时的高.     

Risk evaluation of rock burst through theory of static and dynamic stresses superposition

Rock burst is one of the most catastrophic dynamic hazards in coal mining. A static and dynamic stresses superposition-based(SDSS-based) risk evaluation method of rock burst was proposed to pre-evaluate rock burst risk. Theoretical basis of this method is the stress criterion incurring rock burst and rock burst risk is evaluated according to the closeness degree of the total stress(due to the superposition of static stress in the coal and dynamic stress induced by tremors) with the critical stress. In addition, risk evaluation criterion of rock burst was established by defining the "Satisfaction Degree" of static stress. Furthermore,the method was used to pre-evaluate rock burst risk degree and prejudge endangered area of an insular longwall face in Nanshan Coal Mine in China. Results show that rock burst risk is moderate at advance extent of 97 m, strong at advance extent of 97-131 m,and extremely strong(i.e. inevitable to occur) when advance extent exceeds 131 m(mining is prohibited in this case). The section of two gateways whose floor abuts 15-3 coal seam is a susceptible area prone to rock burst. Evaluation results were further compared with rock bursts and tremors detected by microseismic monitoring. Comparison results indicate that evaluation results are consistent with microseismic monitoring, which proves the method’s feasibility.     

采空区突水动力灾害的微震监测案例研究

为提高采空区突水监测及控制效果,理论分析了采空区突水的微震现象,提出了微震能量释放率、能量密度的概念和计算方法,对微震活动性进行了时间、空间上的参数表达;提出了采空区突水分区分时微震监测法,指出对不同时期、不同危险区域采取针对性监测分析方法和危险控制手段以避免采空区突水事故的发生.采空区突水微震监测案例分析表明:采空区突水灾害有微震活动前兆信息,微震活动性与突水危险存在内在联系;突水发生前微震能量、频次、能量释放率均有增强的趋势,采用能量释放率可实时分析判定突水危险区微震活动强度的发展变化,采用能量密度可对突水危险区各区域微震活动强弱进行量化分析比较.     

软岩巷道围岩非线性流变数学力学模型

基于大量的岩块流变试验，从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发，建立了非弹塑黏性元件组合模型的软岩(煤)非线性流变数学力学模型．在此基础上，进一步建立了软岩(煤层)巷道围岩非线性流变数学力学模型，并采用实验室三轴巷道围岩流变试验对该模型的有效性进行了验证．应用该模型计算的煤层巷道围岩受掘进影响期间的深部位移与现场实测结果非常吻合．     

煤冲击破坏过程规律及同源声电响应特征

针对冲击地压监测预警问题,开展不同速率的煤样单轴加载实验和单轴加卸载实验,同步采集了全波形声电数据和煤破坏过程图像,结合频谱分析、相关性分析、声波波速层析成像分析、能量分析等,研究煤破裂过程的同源声电响应特征及煤冲击破坏的时序演变规律和空间孕育特征。结果表明:声发射和电磁辐射都与应力降有明显的正相关性,两者的时序分布具有同步性,两者的频谱分布具有一致性且主要集中在低频段,表明声电信号是煤破裂产生的同源异象现象;煤的冲击破坏过程包含多个子冲击阶段,各子冲击阶段与载荷降有明显的正相关性,在冲击破坏孕育阶段,煤样内裂纹、应力、能量、声发射等的分布具有对应关系,冲击破坏容易发生在临近自由面的破裂密集且应力集中高的区域。研究成果可为冲击地压监测预警研究提供依据。     

煤岩体电磁效应的影响因素

本文从电磁学的角度，重点论述了煤岩体在载荷作用下的电磁效应原理，并辅助利用MTS伺服材料实验机及MISTRAS声发射仪器和KBD5矿用本安型电磁辐射仪详细分析了不同煤岩体的电磁效应规律及在徐州三河尖煤矿预测预报冲击矿压的应用，产生了很好的经济效益和社会效益，有助于电磁辐射预测预报冲击矿压技术在全国煤矿的进一步推广。     

复合顶板的离层规律及其防治

本文研究了复合顶板条件下,支柱的初撑力及支护系统的刚度与复合顶板下位岩层和上位岩层离层之间的关系,给出了防止下位岩层与上位岩层离层及沿层面运动所需初撑力的计算公式。     

采用岩层变形预计矿山震动

矿山震动是由于开采活动使得上覆岩层运动造成的，因此，可以根据岩层的运动变形分析预计矿山震动的大小及其分布。岩体的变形能是由垂直应变和形变组成的，而矿震能量释放的大小可由岩体运动的变形能来计算。现场观测的实际矿震能量分布与预计的结果非常吻合，说明采用岩层变形预计矿山震动的可能性。