断层处的矿震机理及震动信号特征研究

断层是影响矿震发生的重要地质因素之一,根据前人的研究成果运用粘滑失稳理论分析了断层处的矿震机理。然后利用SOS微震监测系统,对记录到的某矿断层处的震动信号进行分析,研究了震动波的速度、加速度特征,研究的结果证实了断层处的矿震机理符合粘滑失稳理论。     

冲击危险性工作面矿震规律研究

对某矿安装的SOS微震监测系统对该矿1304综采工作面冲击危险进行了研究,把微震数据从统计、时间序列和空间演化3个方面进行了分析,得知发生大的能量矿震时的一些前兆以及易发生矿震的一些区域,对研究我国矿山开采过程中工作面矿震规律具有重要的意义。     

工作面过褶曲时微震活动规律研究

在煤矿的地质灾害构造中,褶曲构造是常常出现的,它是岩层在水平应力挤压下形成的,在高应力状态下褶曲内部聚集了大量的弹性能,当工作面过褶曲时,破坏了褶曲内部原来的应力状态,这必然导致矿震的发生。冲击矿压和矿山震动总是相伴而生,作为一种区域、实时、动态监测手段,微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行。结合山寨矿微震系统监测到的矿震数据,通过对褶曲的力学分析和对波形的时谱分析,研究了工作面在过褶曲时的矿震活动规律。     

微震监测技术在冬瓜山铜矿的应用

随着矿山开采的深度和规模的增大,采掘活动会诱发矿震活动,微震监测技术主要用于地压活动监测。为了对冬瓜山铜矿的地质构造特征、岩石力学特性和开采工艺进行系统性研究,该矿首次引进了南非IMS微震监测系统。分析了IMS微震监测系统在冬瓜山铜矿的应用情况,同时比较了国产微震监测系统与进口微震监测系统的优缺点,为我国自主知识产权微震监测系统的研发和应用发展探索一种新的路径。     

冲击地压、岩爆与矿震的内涵及使用范围研究

冲击地压、岩爆、矿震、微震等概念是与矿井动力灾害相关的术语,在使用时存在一定混淆。结合国内外已有研究,从术语的意义、使用范围、灾害孕育环境等角度对冲击地压与其他术语的异同予以分析。研究认为:广义的岩爆包含的范围更大,冲击地压是一种强烈显现的岩爆,一般认为冲击地压造成的破坏要比岩爆更为严重;矿震的主要特征在于矿山工程中发生的震动事件,冲击地压发生时一定伴随有矿震、微震,反之则不成立。总体而言,建议岩爆及冲击地压应区别使用,岩爆主要用于描述硬岩条件下的岩石爆裂现象,而冲击地压主要用于煤矿地下开采中发生的冲击失稳灾害。     

老虎台矿矿震的地面效应研究

为了研究矿震对地面建筑物破坏的影响以及矿震震源所能影响到的范围,本文以老虎台矿83003综放工作面为研究对象,综合应用地震学、地球物理学、统计学、地质动力区划等方法研究矿震对地面建筑物破坏程度的影响及矿震震源影响范围。以83003综放工作面发生过的几次较大矿震为对象进行分析,应用经验公式计算出不同震级、不同烈度的矿震所对应的震中距,为矿震对地面建筑物破坏程度及震源影响范围给出了参考。根据老虎台矿微震监测系统记录到的微震震级和抚顺地震台提供的地震里氏震级,应用数学方法拟合了微震震级与地震里氏震级之间的转换关系。通过现场调查证明了这种方法来预测矿震对地面的影响是可行的,对研究矿震对地面造成的影响有一定的科学参考价值。     

非均匀介质条件下矿震震波三维传播模型构建及其应用

为了研究速度模型对矿震定位误差的影响,基于惠更斯原理建立了矿震波在层状非均匀介质中的三维传播模型,通过现场爆破振动试验,采用矿山微震定位监测系统进行监测。对矿震震波的正演建立了矿震震波传播的三维波动方程,并给出了矿震波在介质分界面上传播速度计算公式,由此对经典线性定位方法进行合理改进,使得基于均匀介质的线性定位方法适合于非均匀分层介质。将理论推导结果应用于矿山微震监测定位系统中,进行实际矿震定位计算。试验表明,速度模型对定位的影响较大,运用所建立的三维传播模型应用于矿震定位,有效提高了定位精度。     

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。     

深井多煤层联合开采微震类型分析

针对平煤股份十一矿在进入深部开采期间多次发生强矿震的问题,根据SOS微震监测系统监测数据,应用地球物理学、地震学和岩石力学的理论与技术,研究微震事件震源物理、波动物理场、时空序列规律和时间域与空间域分布特征及其与采矿活动的关系,总结了十一矿微震活动规律,确定了4种矿震类型和原因,为防治冲击地压危险明确了方向.     

微震信号随能量的变化特征——以张小楼井为例

微震信号能反映煤岩体损伤破坏程度,可作为冲击矿压监测及预警依据。基于快速傅立叶变换对微震信号进行时域与频域转换分析,揭示了不同能量级别微震信号及频谱特征差异。研究表明:不同能级下的微震信号波形和频谱特征存在较大差异,高能量矿震信号振幅较大,频率较低,且分布相对集中,震动持续时间长,衰减较慢。研究不同能量级别的微震信号频谱特征为深入揭示冲击矿压能量释放机理提供了参考。     

千秋煤矿微震震源参数特征以及震源机制分析

为了解释和量化采矿诱发微震的危险性,提高采矿作业安全性,首先基于Brune模型和网格搜索法,求取千秋煤矿微震的地震矩、拐角频率、震源半径和应力降等震源参数以及矩震级,分析震源参数与矩震级之间的关系,最后基于震源参数和P波反演法来反演震源机制解。研究结果表明:①千秋煤矿微震震源位移谱很好地符合Brune模型,基于此通过网格搜索法可以迅速准确地求取震源的拐角频率f_c和拐角谱值Ω_c;②基于拐角频率f_c和拐角谱值Ω_c和相关的理论公式,可以进一步迅速准确地求取各个震源参数和矩震级;③随着矩震级增加,拐角频率呈线性减小趋势,震源半径和应力降都呈线性增加趋势。在同等震级条件下,该矿微震的拐角频率和应力降的值都要小于天然地震,表明该矿微震的破裂尺度和形式不同于天然地震;④应用P波反演法很好地反演出了千秋煤矿的剪切破坏、剪切张拉破坏和剪切挤压破坏震源机制。千秋煤矿开采活动会引起地质不连续面的滑动,产生区域内的动载荷作用,对自由面附近的节理面产生推动作用,从而造成岩体破坏,由于巨厚砾岩层顶板容易积聚大量弹性能,岩体破坏时会产生很大的冲击。上述成果可以在震后迅速准确地量化和评估震源破裂的尺度和机制,而且根据不同震级对应震源参数的范围,可以对将要发生微震的震源参数进行迅速评估,为进一步研究矿山微震震源的破裂过程和危险性的评估提供借鉴。     

三山岛金矿微震监测及岩爆倾向性分析

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在岩爆诱发的矿柱失稳的危险,为保证深部开采生产安全,需要进行岩爆监测和预警。针对矿区特有的地质、生产条件,布置适合监测矿山深部安全开采的微震监测系统,得到大量监测数据。基于监测结果的系统分析,研究了深部岩爆预警技术思路和岩爆危险区域的预报方法。结果分析表明,通过运用微震监测系统,能够达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现深部开采的安全监测和岩爆预警。     

大型深埋硬岩矿床岩爆监测系统方案研究

根据冬瓜山矿床地质构造特征和深井开采条件，总结出开拓井巷岩爆发生的位置特征，采用数值计算方法预测了采场围岩岩爆危险区。指出该矿床岩层构造和岩性分布简单、原岩应力场较均匀、采掘工程引起的岩爆范围大、位置分散。提出了以微震监测系统和短周期地震波监测系统为主，以电阻率监测、电磁波监测和现场施工观察为辅的岩爆监测系统方案。     

基于采动应力场与微震活动性的岩体稳定性分析

为了研究采矿活动中的应力场、微震活动规律与围岩稳定性之间的关系,依托石人沟铁矿工程实例,详细分析该矿15号勘探线附近区域地下空区形成及露天坑内排过程中围岩体内部微破裂的产生、聚集及演化规律。利用有限元软件ANSYS建立力学模型,模拟不同采矿活动中的应力场分布。然后通过对比同一时期应力场与微震事件分布状态揭示应力场与微震活动性之间的关系：应力状态的改变会诱发岩体内部微破裂（微震活动性）的产生,应力集中会引起微震事件的区域性聚集。结合现场岩体地质状况,发现高能量微震事件大量聚集的区域岩体破坏程度较周围区域更为严重,说明微震事件所释放的能量及事件密度是岩体内部破坏程度的真实反映,因而将它们作为岩体稳定性的评价指标是可行的。最后,基于对以上关系的认识,结合下阶段矿山应力场分布状况预测了石人沟铁矿可能会发生岩体失稳破坏和地质灾害的危险区域,并提出了相应的防治措施。     

矿震动载对围岩的冲击破坏效应

分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿震震源的震动位移场和能量辐射特征的综合影响。矿震动载传播至采场或巷道围岩时,分别与煤岩系统的静态应力（能量）场进行能量标量和应力矢量叠加。矿震动载的能量叠加可使煤岩系统聚集的能量增加,而应力叠加使系统内煤体变形破坏做功所消耗的能量减小,从而使系统聚集和消耗的“差能”增加。系统可释放的“差能”越多,煤体失稳的可能性越大,当动静载组合作用下煤岩系统同时满足冲击矿压发生的能量和刚度条件时,煤层发生动态冲击破坏。     

煤柱稳定性的微震监测研究

 为了监测李雅庄煤矿深部采区采场及覆岩运动,建立了SOS监测系统,采用“D值理论”方法,在李雅庄煤矿深部采区布设11个监测台站,给出了井下波速测定方法,对李雅庄煤矿深部采区工作面覆岩运动进行研究,发现受采动影响工作面煤柱及覆岩在高应力作用下,发生大量微震事件,煤柱表现出不稳定性。根据覆岩的层状结构建立了煤柱及其顶板覆岩的力学模型,分析了煤柱覆岩破坏的机理。利用微震系统监测煤柱及顶底板岩层活动,为煤柱的稳定性进行了评价。     

会泽铅锌矿微震监测系统的构建及其应用

深井矿山开采过程中,地压活动频发。为有效掌控井下各类生产等诱发的地压活动时空分布情况,为研究岩体破坏震源及其附属的辐射能、地震级别、震源半径等参数及其蕴含的矿山工程岩体破坏机理,在深井矿山构建微震监测系统极为必要。以会泽铅锌矿微震监测系统的构建为工程背景,本文主要介绍微震监测系统的构建过程以及系统建成初期的实验性应用：分别以局部区域短时间内的生产活动和长周期内时序性地压活动为研究分析对象,综合对微震监测系统构建之后的实际作用效果进行分析并相互验证。通过现场调查与监测系统的数据分析,表明：微震监测系统能够精准反映矿山现场的各开采开拓活动;对监测地压活动的实时变化状态十分有效且更有助于分析变化趋势。     

不同厚度软分层煤与瓦斯突出的微震前兆分布特征

基于岩石破裂损伤理论和气固耦合方法,利用RFPA2D-GasFlow数值模拟系统,对含不同厚度软分层煤层发生煤与瓦斯突出的微震前兆特征进行了分析。研究结果表明:随着软分层厚度的增加,微震前兆在时间上的分布表现越来越模糊,平静期增长,煤与瓦斯突出规模变大;而微震前兆在空间上的分布越来越集中,其与煤与瓦斯突出发生的初始位置有较好的一致性。研究结果对微震监测技术在煤与瓦斯突出监测中的应用有一定的参考价值。     

基于震波CT探测的宽煤柱冲击地压防控技术

针对深井区段煤柱冲击地压易发、多发、难防治的难题,以某矿1301工作面80 m区段宽煤柱冲击地压为例,利用数值模拟及微震数据分析,研究了宽煤柱冲击地压致灾机制,采用震波CT原位探测技术评估了宽煤柱区域内冲击危险性,并提出针对性防治方案。结果表明:3号煤层具有弱冲击倾向性,顶板岩层具有强冲击倾向性,已具备发生冲击地压的内在条件,高自重应力、强构造应力提供了基础静载荷,采空区侧向支承压力提供了增量静载荷,当两者叠加导致垂直应力超过冲击临界支承压力时,为宽煤柱静载荷冲击地压的发生提供了力源条件;震波CT原位探测技术以穿透煤岩体的实际震动波射线进行波速反演,反映煤岩体静载荷分布特征及结构特性,建立了以波速异常系数CA和波速梯度系数CG为主要因子的冲击地压危险性评估模型;鉴于宽煤柱冲击区域采掘空间实际条件,设计布置近完全观测系统观测方式,采用震波CT原位探测技术反演评估得到宽煤柱测区内冲击危险指数C=0.5~0.7,表明冲击发生后,宽煤柱仍然存在静载荷集中区域,具有中等冲击危险,并且运输巷侧冲击危险指数较采空区侧高,表明煤柱应力由采空区侧向运输巷侧转移,局部区域煤体破碎易冒顶片帮;制定了基于静载荷疏导的多层次防冲技术:大直径钻孔预卸压转移巷帮集中应力,耗散弹性应变能,确定合理日进尺为2.4 m,降低开采扰动,巷道全断面补强支护,提高围岩抗冲击能力;通过上述措施,现场监测宽煤柱煤体应力未发生突增,微震能量及频次变化平缓,1301工作面已安全回采宽煤柱区,防治效果显著。