微地震监测技术在回采工作面矿压显现规律中的应用

工作面回采导致上覆岩层破坏,上覆岩层的破坏与煤矿顶底板突水、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故发生密切相关,对回采工作面矿压显现规律的研究是保障煤炭安全开采的关键之一。回采工作面在覆岩破坏过程中,由于应变能的释放,产生相应强度较弱的地震波（微地震波）。微地震监测技术能够实现实时动态三维空间的整体监测。对鲁西煤矿3_上107工作面回采过程中覆岩破坏产生的微地震事件进行了监测,通过对监测到的微地震事件定位计算,证实微地震发展演化与采场覆岩破坏密切相关。鲁西煤矿3_上107工作面矿压显现规律的微地震监测分析表明,顶板来压时微地震事件数达到高峰,顶板的来压完成时微地震事件数下降,据此得出3_上107工作面基本顶来压步距为23.3 m。与通过现场实测得出的基本顶来压步距24.3 m基本吻合,说明采用微地震监测技术研究回采工作面显现规律是可行的,从而为回采工作面矿压显现规律的研究提供了一种新的技术途径。     

基于微震监测的双系煤层开采覆岩运动与矿压显现关系

以大同矿区双系煤层开采为研究背景,基于高精度微地震监测技术,研究石炭系特厚煤层8104综放工作面开采过程中上部侏罗系煤层群复杂采空区影响下微震事件时空演化特征,得到双系煤层影响下覆岩运动与矿压显现的关系。结果表明:8104工作面接近和进入上部侏罗系煤层采空区对应区域,8104工作面覆岩运动加剧,侏罗系煤层的开采是工作面覆岩运动加剧的主要原因;侏罗系煤柱重叠区域微震事件密集分布,在工作面的开采扰动和重叠煤柱应力传递的共同作用下,微震总能量和能量大于10~5J的震动次数均处于较高数值,覆岩运动更加剧烈。临近采空区对8104工作面的强烈覆岩运动起到了关键作用,在临近采空区和侏罗系覆岩共同作用下,工作面超前微震事件集中,矿压显现剧烈。工作面开采扰动、临近采空区覆岩运动和侏罗系重叠煤柱的耦合作用,是石炭系综放工作面矿压显现剧烈的根本原因。     

能量密度分析法在向斜构造区冲击地压防治中的应用

为了研究向斜构造区冲击地压特征及如何防治该类型冲击地压,本文以兴安煤矿典型向斜构造影响范围内的四水平1号工作面为研究对象,利用微震时空分布图和能量密度云图,研究了微震活动与冲击地压之间的关系。结果表明:冲击发生前微震的时空分布可直观反映微震事件的集中区域,但难以识别微震事件随时间的演化趋势;能量密度具有明显的成核特征,并在成核区周围有明显的扩展,直至成核区边缘发生强矿震。利用震波速度层析成像技术可有效识别向斜构造形成的高应力区,并对高应力区煤层实施大直径钻孔和深孔爆破措施,后续开采引起的微震活动证实了这些应力解除措施的有效性。     

微震事件与推进速度控制研究

根据济三煤矿163下05工作面回采期间的微震事件、矿压显现程度以及钻屑法监测结果,指出了推进速度的变化可以在一定程度上影响工作面周围震动能量的释放过程,当工作面每日推进度为4.8～5.6 m,每日震动次数较少、震动能量都较低。通过分析工作面回采进尺与冲击矿压发生之间的关系,找出两者之间的相互作用,并对微震事件的发生与推进速度的关系进行研究,以期在达到预防冲击矿压灾害事故的基础上,确定工作面合理的推进速度,并提出以回采进尺为标准之一的冲击矿压防范标准,可在后期同水平同采区内的工作面生产阶段起到指导作用,为矿井的安全生产提供有力保障。     

综采放顶煤工作面冲击地压微震事件分布规律研究

对耿村煤矿13230综放工作面冲击地压微震事件分布位置进行研究,结合该工作面地质构造、地表沉陷和侧向支承压力,对比分析该工作面10个月微震数据,得出以下规律:回风巷发生小能量事件总频次要大于运输巷,且小能量事件主要发生在回风巷以下15~70 m、直接底和煤层底部;大能量事件两巷均等分布,且大能量事件层位较高。总结了缓倾斜厚煤层综放开采微震事件发生位置,回采工作面运输巷是防冲的重点关注区域。研究为工作面安全回采提供了宝贵的经验。     

采动影响下逆断层冲击地压矿震时空分布规律分析

为了分析开采扰动下逆断层冲击地压矿震活动时空分布规律,根据G-R地震活动幂次分布规律,结合现场微震监测数据与数值模拟方法,通过矿震活跃度b值以及地震矩值M 0对井下矿震活动分布规律以及高震级事件能量释放水平进行了分析。研究结果表明:在时间跨度上,井下矿震事件频次分布规律符合G-R分布规律,b值越小,高震级矿震事件在整个矿震事件中频次越高,对工作面冲击危险性影响越严重。b值受原岩应力、开采扰动、断层性质的影响:最大与最小主应力差值越大、开采速率越快、断层倾角越小、落差越大,b 值越小;逆断层地震矩M 0在空间分布上有着明显的差异性。靠近高位岩层附近断层面区域的地震矩值为整个断层面上的峰值区域,随着工作面不断逼近断层面,断层面上的高峰值区域会不断增大且向下部区域蔓延,使得整个断层面上的地震矩不断增大。断层面地震矩值的增大意味着可释放能量水平不断提高,对工作面造成的扰动也会更加剧烈,进一步增大冲击地压事故的危险性。     

“两硬”条件下冲击地压微震信号特征及前兆识别

结合微震监测数据,对大同忻州窑矿8935“两硬”条件工作面回采过程中发生的冲击现象进行分析;从微震事件震源定位、能级与频次关系以及冲击前微震信号频谱演化规律等方面讨论了该工作面冲击地压机理及前兆信息特征。研究表明：8935工作面冲击地压为坚硬顶板破断诱发煤柱区域积聚能量的突然释放所致;冲击震源多在工作面超前50 m范围内沿采空区煤柱侧,且主要集中在坚硬顶板断裂后发生压缩、反弹的空间区域;冲击地压前微震事件频次、能量、微震信号 b 值及主频均呈下降趋势。冲击地压前微震频谱主要集中在5~60 Hz,微震主频急剧降低和幅值明显升高可视为冲击前兆特征之一。     

千米深井首采工作面超前扰动影响范围研究

为了研究千米深井冲击地压防治工程难题，基于理论研究和现场实测分析，探索了当前地质及开采技术条件下首采工作面的超前扰动影响范围。结果表明：基于载荷三带理论与微震实测数据分析，首采工作面即时加载带为煤层上方37.2m，延时加载带为煤层上方37.2～73.7m，静载带为煤层上方73.7m至地表|基于理论计算得到超前支承压力影响范围为工作面前方104.4m，微震揭示的首采工作面超前扰动影响范围为115～120m，钻孔应力监测揭示的超前影响范围为92～101m|基于微震监测揭示的岩层断裂角在走向上约为52°，倾向上约为60°。     

近直立煤层冲击地压微震监测前兆信息规律研究

以乌东煤矿近直立煤层+450水平B3+6综放面为工程背景,对冲击地压发生前的微震事件时空演化规律展开研究,旨在识别近直立煤层冲击地压前兆信息,建立了反映煤岩体能量释放异常程度的微震能量和频次偏差值指标,分析了冲击地压发生前微震能量、频次、偏差值及空间分布的演化规律。结果表明：冲击地压发生前,每日微震累计能量会剧烈波动并下降到一个较低值,微震频次则出现急升急降的变化,微震能量偏差值往往出现较高值,该值一般大于20,微震频次偏差值会经历一个峰值,该峰值大于0.8|微震事件在空间上向回采工作面集中,且大能量事件增多。研究结果对B3+6综放面及类似近直立煤层的冲击地压监测预警具有一定的借鉴意义。     

矿山微地震活动特征的概率分析方法研究

为了研究矿山微地震活动的随机特征,提出了用于描述矿山微地震活动随机特征的三个统计量:微地震能量分布率、微地震发生率和微地震空间分布率,基于概率论和数理统计原理,研究了三个统计量的概率计算方法。通过对某矿山微地震实际数据的计算发现:该矿区微地震能量分布率的概率密度曲线类似于正态分布;微地震发生率的概率密度曲线类似于泊松分布;微地震空间分布率的概率密度曲线虽然呈现多种形式,但微地震事件大部分在固定工作面前方、工作面两侧边缘和煤层顶底板位置处,反映了在岩体特性突变位置处,发生微地震的概率较大。因此利用这三个统计量及其概率密度分布特征,可以从时间-空间-能量的角度,描述矿山微地震活动特征,对矿山微地震监测技术的基础研究和应用具有一定的意义。     

基于ARAMIS M/E微震监测的大采高综放顶板活动规律

采用高精度微震监测技术,结合现场支架阻力观测,对大采高综放开采顶板活动规律进行了研究。研究表明：微震事件的频次和能量具有明显的周期性,微震事件在高度上的动态发展规律反映出大采高综放顶板来压存在大小周期现象,且这种现象与工作面宏观观测得到的周期来压具有一致性;根据微震监测和支架阻力观测结果得出大采高综放开采顶板为“悬臂梁-铰接岩梁”结构。     

掘进工作面顶板水力压裂防灾技术应用研究

高瓦斯、高地应力掘进工作面顶板围岩动力现象频繁出现，严重制约了矿井安全生产。为防止煤岩动力灾害事故发生，五阳煤矿采用水力压裂技术开展掘进工作面顶板围岩卸压增透试验，以减小巷道上方应力效应、预先释放顶板瓦斯。利用瞬变电磁仪检测煤层裂隙电阻率变化以表征顶板水力压裂试验开展情况，通过对比顶板水力压裂前后工作面瓦斯浓度、煤炮响应次数及微震事件，研究顶板水力压裂技术的防灾效果。研究表明，煤层电阻率受顶板水力压裂效果影响巨大，同时压裂防灾效果明显，施工前后各项指标均有明显降低，瓦斯浓度降低40%，煤炮响应次数减小85%，微震事件减小76%。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

向斜轴部附近微震活动规律及对冲击矿压的影响

根据波兰SOS微震监测系统所得到的微震数据,结合砚北煤矿250204工作面的实际情况,具体分析了向斜轴部附近的震源演化规律,得出结论：工作面回采期间,当工作面处于向斜轴部时,震源主要分布在煤层上侧,即微震事件主要发生在顶板附近;当回采工作面逐渐远离向斜轴部时,震源分布有向煤体下侧转移的趋势,即微震事件主要发生在底板附近。当向斜轴部和工作面见方2因素相叠加时,发生冲击的可能性明显增大。同时总结了向斜构造发生冲击矿压的能量频次规律,对生产实践起到重要作用。     

深部厚煤层巷道掘进微震预警参数及临界指标研究

崔木煤矿采深大、煤层厚且具有冲击倾向性,留底煤掘进期间多次发生巷道动力显现。以崔木煤矿21306工作面运输巷掘进为工程实例,分析了微震监测系统对掘进期间微震事件的大能量事件分布特征和异常系数等,进一步确定冲击危险性与微震预警参数的关联性。研究结果表明：不同掘进阶段的微震能量和频次表现形式不同,但具有一定规律性。当微震能量持续升高而频次逐渐降低时或掘进速度突然加快时会发生密集的大能量事件。统计表明,微震活动异常系数大于1.5后,将会发生大能量事件。     

基于微震事件“时-频-能”特征分析的工作面隐伏断层预测研究

为了弄清煤矿井下无法被有效探测的隐伏断层，依据大量的微震事件分析，提出了使用微震监测预测工作面隐伏断层探测的方法，采用离散傅里叶变换(DDT)、一维离散小波变换(DWT)和能量密度法实现微震事件的时域、频域及能域曲线之间的转化。研究结果表明，微震事件的时域曲线呈现波峰少、震动持续时间长、尾波发育的特征|频域曲线呈现频段集中于0～20Hz、单峰的特征|能域曲线呈现“缺震”区间增多、波动时间变长的特征时，工作面前方可能存在隐伏断层。据此分析了星村煤矿3307工作面微震事件波形曲线的突变原因，推断工作面前方存在隐伏断层，工作面后续揭露的F2隐伏断层验证了此推断。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

构造控制型冲击地压的微地震监测预警研究与实践

采用微震监测方法,研究了构造控制型冲击地压的分类和预警方法,提出了将构造控制型冲击地压分为增压和减压2种类型。当采掘工作面接近增压型构造时,微地震事件在构造附近将出现明显的"分区性",表明构造附近在积聚应力,可以作出危险性预报;当构造附近微地震事件能量不大,震动间隔较均匀,且能够随工作面推进向远处迁移,表明构造附近没有大量积聚应力,冲击危险性较小。在煤矿应用时,通过分析微震事件的动态特性、分布特性和能量耗散特性,确定预警危险区,采用钻孔法确定危险区的危险程度,最后作出危险性预警,为制定对策提供依据。本文的研究结果已在山东朝阳煤矿千米深井冲击煤层开采过程中得到了验证和应用。     

遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

综放工作面过断层期间微震规律分析

为有效预防深部矿井综放工作面过断层期间冲击矿压事故的发生,采用SOS微震监测系统对断层区域煤岩体内微震活动进行全时连续监测,并分析统计在过断层期间微震活动发生的次数和能量释放的变化规律。结合数值模拟的手段,对综放工作面过断层期间微震活动规律在机理上进行理论分析。研究表明：断层等弱面地质构造具有较高的不稳定性,随着回采工作面的逐渐临近,区域内每日震动释放总能量值和震动次数的起伏波动逐渐增大;强烈微震活动发生前有一段弱震活动时期,为强震的发生积蓄了更多的能量。