煤矿复合动力灾害危险性实时预警平台研究与展望

为解决复合动力灾害危险性实时预警的难题，通过研究煤矿复合动力灾害发生机理和发生前兆的关联性，将复合动力灾害发生前兆分为共性和个性两类，并与监测参数类型相对应，提出了针对复合动力灾害危险性的临场预警、中期预警以及远期预警的关键监测参数。复合动力灾害危险性实时预警平台的构成主要包含监测硬件、分析软件及预警方法3个部分，硬件主要指动力灾害监测系统及平台监控室硬件；软件主要指平台采集及分析软件；预警方法指标包括复合动力灾害危险性联合预警方法和单参数与多参数联合预警方法。在河南、山东等存在复合动力灾害的矿井进行了预警试验和基础研究，预警了矿井的复合动力灾害。同时，展望了复合动力灾害危险性实时预警平台的发展趋势。     

顶板疏水快速回采工作面冲击地压机理 及防治措施

以某矿顶板疏水区下快速回采工作面冲击地压显现为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,研究不同回采速度下过顶板疏水区域时的超前支承压力分布规律,揭示顶板疏水快速回采工作面冲击地压发生机理:顶板富水区疏水后形成增压区与卸压区,当工作面快速回采经过疏水形成的增压区时,应力叠加易超过发生冲击地压的临界值,诱发回采工作面发生冲击。在此基础上提出了疏水增压区针对性的卸压措施以及疏水区域前后回采速度阶段调整的防冲方法。     

高应力煤柱多关键层断裂诱冲机理及防治

针对上覆多关键岩层控制条件下,高强度开采的大区段煤柱冲击地压防控技术难题,采用数值模拟、关键层分析和微震监测等方法对某矿31102工作面回风巷区段煤柱冲击地压发生机理及防控方法进行研究。结果表明:回风巷区段煤柱处于高静应力作用下,最高应力集中系数为3.02;工作面上方存在多个关键层,关键层断裂时产生大量微震事件,并以附加动应力形式作用于煤柱,当动应力与静应力之和大于煤柱强度时,煤柱发生冲击。提出了"大直径钻孔预卸压+二次斜交钻孔临场解危卸压"的防治措施,现场实测数据表明方案有效可靠。     

煤层水力压裂过程中的微震活动规律及其时频特征

为了研究煤层水力压裂过程中的微震活动规律及特征,以山东某深部矿井煤层水力压裂试验数据为基础,提出基于奇异值分解SVD法的微震信号去噪方法,并结合煤层应力监测、管内压力监测等手段,利用短时傅里叶变换STFT法研究了典型水力压裂微震信号的时频特征,最后初步尝试了基于微震指标的水力压裂效果表征。结果表明,伴随水力压裂"注水-起裂-扩展-结束"过程的开展,微震信号特征呈现出规律性变化:信号的振幅值先增后减(由6.64 m V迅速跃升至97.51 m V,后回落至30.61 m V);信号频率普遍分布在30~250 Hz,呈现出缓增趋势(由64.0 Hz升高至109.5 Hz,并短暂维持在105.3 Hz)。最后利用微震事件的空间分布和能量分布,初步表征了水力压裂影响范围及煤层应力迁移规律。上述研究成果为后期利用微震数据解译、评价水力压裂效果提供了参考。     

深井复杂条件下冲击地压主动防治技术

为解决深井复杂条件下冲击地压防治问题,以古城煤矿2103工作面为研究对象,研究了厚关键层强冲击倾向性工作面的冲击地压发生机理,利用宏观评价法对工作面进行评价并划分危险区域等级,结合微地震监测与应力在线监测采取强预卸压和强支护技术措施进行防治.措施实施后表明,回采过程中部分卸压区域会再次产生高应力集中,采动应力达到18 MPa,采取主动强预卸压解危措施后可将危险消除.据此提出基于主动强预卸压解危措施、主动强支护和主动强监测构建的冲击地压主动防治体系,能有效降低冲击地压的危险性.     

义马煤田冲击地压发生的地质规律

为了科学指导矿井防冲工作,利用统计学原理,通过收集200余个钻孔资料、深部井巷素描,绘制了相关地质因素等值线与冲击地压事件关系图等,分析了引起义马煤田冲击地压的地质原因,研究了主要地质因素的作用规律。结果表明:冲击地压是地质因素与采矿因素综合作用的结果,义马煤田地质因素对冲击地压具有主导作用;冲击地压与顶板砾岩厚度、煤层厚度、开采深度等呈正相关关系,与距F16断层距离呈负相关关系;"两硬一软"、煤层上硬下软、底更软的煤岩结构是义马煤田冲击地压发生在煤巷段且以底臌冲击破坏居多的主要原因;义马向斜核部和紧邻F16断层的条带受巨厚砾岩传递应力、构造应力、特厚煤层膨胀应力等耦合作用,具有强冲击地压危险性。     

倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理

采空区遗留煤柱支撑顶板导致厚硬关键层悬顶面积大幅增大,形成的“煤柱-关键层”结构失稳是诱发矿震和冲击地压灾害的主要原因。以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06矿震频发工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、微震监测和现场调研等方法,研究了“采空区遗留煤柱-关键层”组成的覆岩空间结构特征,分析了采空区遗留煤柱应力演化规律和关键层力学结构特性,建立了非对称覆岩空间结构下采空区遗留煤柱应力分布估算模型和倾斜关键层极限跨度计算力学模型,揭示了倾斜厚煤层综放工作面“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生机理：采空区遗留煤柱支撑顶板形成“煤柱-关键层”结构,随着工作面开采范围增大,煤柱应力集中程度不断增加,当煤柱集中应力超过其极限承载能力发生失稳时,悬露关键层长度超过其极限跨度,发生破断失稳并诱发矿震和冲击地压灾害。据此建立了包含遗留煤柱整体失稳冲击倾向性指数和关键层极限跨距的“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生判别准则,并采用数值模拟和微震监测进行了验证。按照“有震无灾”的防治原则,提出了“煤柱-关键层”结构下工作面“减震-防冲”的技术措施,分析了工作面推采速度与大能量微震事件的关系,确立了降低工作面矿震能量...     

遗留煤柱诱发冲击地压机理及其防治技术研究

以某矿5301工作面40 m宽遗留煤柱为背景,通过理论计算和数值模拟得到遗留煤柱的垂直应力分布特征,并基于此研究了诱发冲击地压的机理:遗留煤柱未受工作面回采影响之前,所受阻抗力大于冲击力,发生冲击地压的可能性较小;但在回采阶段,工作面超前支承压力和煤柱原有应力叠加,造成冲击力大于阻抗力,冲击危险性大大增强。据此划分危险区范围及危险程度,通过对危险区实施预卸压和解危措施,使得工作面安全通过遗留煤柱危险区。应力动态监测结果验证了分析结果的准确性。     

基于静态探测与动态监测的冲击地压危险区划分及防治措施

为提高大采深、厚煤层开采冲击地压监测预警准确性，通过理论研究和现场实践，提出了“CT(Computed Tomography)静态应力探测-微震和钻孔应力动态监测-钻屑检验验证”综合判定工作面冲击危险区的方法。并在阳城煤矿3306工作面进行现场应用，实践表明：静态应力探测结果与动态监测结果具有较高一致性|在3306工作面应用该方法确定了工作面前方30～50m、80～100m、130～140m和180～200m存在较高的冲击地压危险，现场采取了针对性的解危措施，实践了分区防治，提高了防冲效率，效果良好。     

基于云计算的煤矿冲击地压监控预警技术研究

为研究冲击地压各监测参量之间的相互关系,提高冲击地压监测预警的准确性,通过对冲击地压发生机理、各监测手段的监测原理进行分析,运用大数据分析方法和云平台技术,开发了一种多参量联合监测的冲击地压监控预警平台。研究结果表明:该平台提高了各监测参量的兼容性和同步性,实现监测数据深度挖掘和远程分析;平台可对矿井进行分区分级预警,对回采工作面、掘进工作面、无明显采动扰动区域采用不同的监测方法和预警指标,提高预警的针对性和准确性;预警算法中各指标、各参量所占比重,均可根据冲击地压类型、影响因素、监测指标活跃程度等调整,提高预警算法对采掘和地质复杂环境的适应性,经10余个矿井现场应用表明,该系统能有效提高监测数据对安全生产的指导作用。