远程地压监控技术在地下矿山中的应用研究

随着地下开采深度的不断增加,地压控制也越来越重要。结合地下采矿工程地压监控的需要,根据矿山的地压活动特点,提出采用远程地压监控技术来对矿山地压进行研究。研究在受限空间环境下,地下采矿远程地压监控系统的结构组成,并且对软件系统、硬件系统、网络系统进行研究与设计。结合采矿工程的特点,分析应力、位移、压力等传感器的布置要求。通过对地压的监测,得出该矿山的地压活动特点与矿柱目前的稳定性情况。实践结果表明,采矿地压远程监控自动化系统运行稳定,数据准确,能解决人工监测所不能解决的诸如测试人员人身安全、实时监测、已破坏岩体的监测等问题,是采矿地压监控新的发展方向,同时,也是数字化矿山的重要组成部分。     

金川二矿区地下巷道变形监测分析及应用

金川矿山地下工程围岩的工程地质条件差，地压活动强烈，尤其是处于采矿动态环境中巷道的失稳更为严重。通过对二矿区地下巷道的长期变形监测，结合现场工程地质调查研究，综合分析了采准巷道的失稳主要受采动因素和岩体结构因素的影响。提出二次支护与巷道破坏后的重新支护宜强不宜弱的论点与地压控制措施，为后续采矿的顺利进行提供科学依据。     

华丰煤矿煤柱冲击地压发生规律及防治

煤矿冲击地压是世界采煤国家面临的共同难题，介绍了华丰煤矿煤岩体的地质条件和历年冲击地压的发生情况，描述了华丰煤矿发生的几次煤柱冲击地压的过程，分析了冲击原因和冲击特征，提出了在巷道掘进期间和工作面回采期间防治煤柱冲击地压的措施，并在现场应用中取得了较好的效果。     

基于微震监测及应力场分析的冲击地压预测方法

主要对国内外冲击地压发生情况以及对冲击地压的监测发展情况进行了总结和分析，发现随着矿山开采深度的增加，冲击地压活动越来越频繁，发生的范围也越来越广，但是目前仍没有有效的监测与分析方法能够对冲击地压的发生进行预测预报。为了能够对冲击地压发生实现预测预报，引入地球物理学方法，建立矿山微震监测分析系统。将矿山微震监测系统监测到的矿山微震活动信息，通过网络传输，实现与数值分析系统之间的数据交换：利用微震活动信息修改数值模型的单元信息；借助大规模科学计算，分析开采造成采场以及巷道围岩内部岩体的应力积累、应力阴影和应力迁移过程，进而实现对矿山冲击地压活动进行预测预报。同时，微震监测分析系统能够实现对其他岩石工程动力灾害问题进行预测预报。     

基于矿山钻孔应变观测数据时程分形特征的冲击地压前兆分析

开采诱发的冲击地压活动与区域应力场之间存在着密切相关关系,为探究冲击地压孕育过程中相关区域岩体内部应力场的演化机制及灾害发生前兆信息,研究将钻孔应变观测技术首次应用到矿山动力灾害监测中,并采用分形盒维数定量分析钻孔应变数据时程变化特征及其与冲击地压的相关关系。结果表明,钻孔应变观测技术应用到矿山动力灾害监测中,可直接、准确地记录冲击地压发生前后区域内岩体的应变微动态变化过程;运用分形方法处理具有固体潮趋势背景的钻孔应变数据简单而有效,分形盒维数可量化评价应变数据的复杂变化和固体潮畸变异常程度;钻孔应变数据的分形盒维数时程变化,定量表征了冲击地压的非线性时空演化过程,可将盒维数的"升高→降低"变化作为冲击地压发生的前兆判据。     

地质结构影响下的金属矿山地压显现机制初探

以金山店铁矿东区为工程研究背景,采用地质调查、位移监测、数值模拟及理论分析方法,开展地质结构影响下的金属矿山地压显现机制研究。研究结果表明,随采矿进深,岩体结构面对采空区围岩地压显现的范围具有明显控制作用,在陡倾优势结构面作用下,采空区上盘围岩形成反倾岩壁,下盘围岩形成顺倾岩壁,上盘地压显现范围远大于下盘;地压显现特征差异明显,结构面主控区的巷道以断面整体偏转变形为来压特征,断层控制的巷道以顶板垂直垮落为主、来压更为剧烈;地压显现的空间错动效应是结构面产状和局部断层滑移综合作用的结果,表现为开采阶段巷道稳定、而已采及深部未采矿体的阶段运输巷道发生大面积连续垮塌冒落。     

山西大同煤矿区冲击地压灾害分析与防治建议

煤矿冲击地压是煤矿井巷或工作面周围煤岩体剧烈释放煤岩体造成巷道挤压、破坏、冒顶的一种动力现象。近年来随着煤矿开采强度、深度不断增加,已成为中国煤矿安全生产的重大灾害之一。山西是中国重要煤产地,采煤历史悠久,矿井数量众多。山西最早冲击地压事故出现20世纪60年代的大同侏罗系矿区,2004年以来随着煤矿开采深度的增加,冲击地压对煤矿安全生产影响愈加突出。通过对山西大同矿区煤矿冲击地压的分类和扰动因素的分析以及防治和监测预警方式的分析,发现大同矿区已发生煤矿冲击地压事故主要为浅部冲击地压,发生冲击地压的岩体主要是煤体、顶板和底板, 其中以坚硬顶板型和煤柱型冲击地压为主；煤矿冲击地压的自然扰动因素主要是顶板冲击倾向性和煤体冲击倾向性,此外地应力环境和矿井地质构造也是影响煤矿冲击地压的两个重要因素。煤柱集中载荷和不合理的支护方式是大同矿区煤矿冲击地压事故的两个重要人为扰动因素。大同矿区应优化开采和掘进方式,从井田和矿区层面上尽可能减少和避免冲击地压的发生。此外,应重视对地应力和冲击地压发生机理的研究。建议对山西全省400 m以深矿井冲击倾向性进行全面的“体检”和筛查,从区域上对煤矿冲击地压发生进行预测预警。     

钨矿深部开采地压控制的几个问题

八十年代以来,我国一些大型钨矿相继转入深部开采,采深大约在400～800m,并以每年8～20m的速度向下延伸。对于上部中段,经过近20年的研究,已就其岩移机制、地压成因、防治措施等得出较为系统的结论,并使其地压问题得到有效控制。总地来说,上部中段的地压问题,是指采深在当地的侵蚀面以上,H=300m,矿区受2、3级地质结构面控制的不稳定岩体,在自重的作用下,沿着某些结构面向采空区滑移和崩塌,引起矿     

长江三峡链子崖危岩体防治工程效果研究

长江三峡链子崖危岩体防治工程于1995年5月开工,1999年8月竣工,历时51个月。至2004年底,工程效果监测已超过5a,且经受了2003年6月以来三峡水库139m蓄水位的检验。危岩体变形监测、地压监测和整体稳定性计算三方面结合可以作为评价工程治理效果的依据。地表和地下监测点总体变形速率由治理前水平速率接近2．0mm/a、垂直速率约1．5mm/a转为治理后水平速率小于1．0mm/a、垂直速率小于0．75mm/a,证明危岩体逐步稳定。施工过程中主要监测点水平速率为8．0～18．8mm/a,垂直速率为8．0～21．0mm/a,说明危岩体对施工扰动是敏感的。危岩体底部煤层采空区混凝土承重阻滑键体顶面的地压数据在2002年以后基本稳定,地压记录多数为2．0～10．0MPa,最大地压值为18．08MPa,最小地压值为-0．8MPa,证明危岩体以煤层采空区为底界的悬板偏压作用机制导致的应力集中区和负压区确实存在。2003年6月以后三峡水库蓄水至139m,淹没了煤层采空区治理工程,但整个危岩体变形速率无明显变化,地压监测记录的最大变化量小于0．01MPa。根据煤层采空区顶板与混凝土承重阻滑键体接触带现场原位大尺度(1m×1m)岩体力学试验求取的强度参数进行危岩体稳定性校核计算,得出链子崖防治工程达到正常荷载下稳定系数大于1．30(治理前为1．062),特殊荷载下大于1．15的设计目标。     

深部两软煤层沿空巷道冲击地压成因与防治研究

针对两软煤层的地质条件,建立了两软煤层冲击地压发生的力学模型。通过对模型的力学分析与现场实践,得出了深部两软煤层条件下冲击地压发生的主要原因,是受上部力源层和下部稳定层夹持下的软弱冲击层出现应力集中和能量积聚,采动活动诱发积聚的能量向破碎缓和区突然释放,造成煤岩块瞬时喷出,形成冲击地压。从深部两软煤层冲击地压发生的应力条件、能量条件、物质条件和冲击地压诱发因素等方面进行分析研究,制定了转移应力、保持护巷煤柱稳定性、巷帮加固、松动帮部、形成顶板支护体阻挡结构的冲击地压防治措施,并进行了现场实践,实现了工作面安全高效无冲击开采。     

金川二矿区深部工程地质研究与岩体质量评价

金川矿区1#矿体是金川矿区主要矿体,也是二矿区二期开采的矿体.由于矿体埋藏深而地压大,矿区地应力高,岩体节理裂隙发育,围岩稳定性极差.随开采延深、采场面积扩大,采场地压控制和巷道稳定性维护是二期开采中的关键技术问题,为了探索最佳采场地压控制措施和巷道支护技术,进行二期采场系统分析与参数优化,工程地质研究与岩体质量评价是深部开采的基础.为此,金川矿区对此进行了深入研究.首先,开展了深部工程围岩的现场调查、分析与研究,在此基础上,进行工程围岩分类和质量评价.     

构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制研究

 冲击地压是煤矿开采中因采动或动载诱发煤岩体变形能剧烈释放,并伴随地下采掘空间煤岩体突然、急剧和猛烈破坏的现象。随着煤矿开采深度和开采强度的持续增加,地下开采面临的构造地质条件日趋复杂,我国越来越多的煤矿开始出现冲击地压现象,破坏性冲击地压频繁发生且日益严重。冲击地压的孕育和显现是构造特征和地层特征在采掘动态平衡过程中能量稳定态积聚及非稳定态释放的结果,是煤岩体性质、地质特征和开采技术条件的综合反映,同时该问题具有明显的时空演化特征。 义马矿区是冲击地压的高发矿区,且冲击地压多发生在回采巷道,巷道冲击地压的本质是巷道围岩在高应力作用下的突然失稳、变形和破坏。向斜构造应力、断层构造应力、上覆巨厚砾岩局部离层断裂垮落造成巷道的非均匀应力和开采扰动是义马矿区回采巷道冲击地压发生的主要影响因素。运用现场调研、相似模拟试验、数值计算和现场工业性试验相结合的方法,深入研究构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制及防治技术。主要工作与创新点如下： (1) 针对义马矿区11个典型工作面发生的89次冲击事件进行统计分析,得出了义马矿区冲击地压以回采巷道冲击地压为主,冲击引起的回采巷道变形破坏以底鼓为主。 (2) 设计了具有义马矿区向斜、断层和巨厚砾岩地质特征的相似模拟试验,并采用数字散斑全位移场监测、应力场监测和能量场监测,研究了采动影响下距工作面不同距离和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性及失稳变形破坏特点,并分析了巨厚砾岩离层断裂时巷道围岩变化规律和断层滑移活化时巷道围岩变化规律。 (3) 建立了具有向斜、断层和巨厚砾岩特征的数值模型,研究了采动影响向斜作用下巷道围岩冲击特性(巷道围岩的应力场、能量场、位移场和塑性区(三场一区)是巷道围岩冲击特性的表现形式),对比分析了向斜轴部和翼部回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响断层作用下巷道围岩冲击特性,对比分析了断层下盘和上盘回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响巨厚砾岩作用下回采巷道围岩冲击特性,从不同砾岩厚度条件下对比分析回采巷道围岩冲击特性;研究了采动影响构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道围岩冲击特性,对同时间不同地点距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性、同地点不同时间距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性分别进行详细分析。 (4) 提出了构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制、义马矿区回采巷道冲击地压综合防治体系和具体防治措施,并对回采巷道强力柔性支护体系、U型钢联合支护体系和锚杆支护体系进行评价总结,依据应用实践得到的回采巷道冲击地压前兆规律,得出强力柔性支护体系在防冲巷道支护中对巷道围岩应力场、能量场和位移场的关键控制作用明显优于U型钢联合支护体系和锚杆支护体系,且可以很好地适应并控制巷道围岩变形,对构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压防治起到积极且显著的作用。     

基于采动顶、底板岩层损伤的冲击地压预测

为探索微震法预测冲击地压的原理和应用技术,在装备高精度微地震监测设备的煤矿,开展采掘过程连续的岩体破裂现场监测,使用自主研发的采动岩体破裂规律分析和冲击地压预测软件MapRAS进行预测研究和工程应用。发现采动过程岩体微破裂在顶板和底板的深度扩散是产生冲击地压的大概率事件;提出采动顶、底板深度损伤是冲击地压成核重要因素的观点。建立应用微震数据辨识顶、底板采动破裂损伤深度的函数关系式和算法。分析显示顶板和底板深度损伤存在联动,与顶板关键层的周期破断及其后效相对应,反映出顶板、底板的加–卸载过程,在华亭煤田多显现为巷道底板破断型冲击地压。经工程应用检验,预测效能较高,应用效果良好。     

“两硬”条件正断层影响下的冲击地压发生规律研究

断层是能够诱发冲击地压的一种重要地质构造,为研究断层活动对冲击地压发生的作用机制,以大同忻州窑煤矿8935回采工作面为例,通过对4个月内连续发生的十余次冲击地压案例的分析,得到正断层影响下的冲击地压的发生特征,冲击地压发生前后电磁辐射、微震等的信号特征和前兆信息。研究结果表明：冲击地压发生频度和强度受断层影响明显,断层对冲击地压的影响体现在两方面：一方面是改变了煤岩体的物理力学性质,另一方面是使构造应力场变得复杂;微震事件集中在断层前方230～360 m,冲击位置在工作面前方0～60 m;电磁辐射能量和脉冲数曲线呈现马鞍形的形态时预示着冲击危险来临,随后发生冲击地压的概率极高;微震监测显示冲击地压发生能量为105～106 J量级,持续出现能级大于105 J的微震事件,且能量起伏变化大,则存在冲击危险。     

降雨入渗对浅埋采场稳定性影响的微震监测分析

简要叙述香炉山钨矿的工程地质背景、开采背景及地压特点,针对2012年以来各年度降雨入渗对该矿采场稳定性影响问题进行微震监测与研究,对降雨入渗诱发采场失稳典型案例和对采场地压活动影响规律进行微震监测量化分析,并对降雨入渗诱发采场失稳机制进行简要分析。结果表明,受降雨入渗影响,采场失稳垮塌前井下微震事件水平明显升高,垮塌区域附近传感器微震水平超预警值;矿山在垮塌后整体上出现了大范围的应力转移与重分布,应力转移到"矿体整体拱形"的周边,并且在应力重分布过程中出现了局部岩体破裂垮塌,在经历近两个月的应力调整后,井下岩体逐渐趋于稳定;井下采场微震事件水平变化具有随降雨量整体上呈周期性变化特点,微震活跃期与雨季降雨之间有一定的滞后期,即说明地压活跃程度随降雨量的增加而增加,降雨入渗是造成香炉山钨矿采场失稳的重要诱因。最后,提出雨季地压灾害防治措施。研究成果对量化评估降雨入渗对浅埋矿山稳定性影响、保障井下安全生产有着重要的意义。     

“咽喉肿瘤”转为良性 ——链子崖危岩体治理成功

经过7年多的工程治理,长江三峡上最大的危岩体——链子崖危岩体已经趋于稳定。链子崖位于湖北秭归县境内的长江南岸,紧扼长江西陵峡的兵书宝剑峡出口,距三峡大坝26km.由于链子崖危岩体活动加剧,到90年代初,链子崖一但失稳垮塌,将造成长江断航.1992年,国务院决定治理链子崖危岩体,地质专家和工程技术人员采用高科技手段,对摇摇欲坠的危岩体进行了锚固,并修建了排水工程,从而控制了链子崖危岩体的变形. 　　国土资源部最近组织地质专家进行了现场验收.专家们认为,链子崖危岩体防止工程设计合理、施工质量优良,达到了防治目标。 (摘自2000.11.3《长江日报》)     

基于微震监测技术的深井开采地压活动规律研究

简要介绍微震监测技术基本原理及冬瓜山微震监测系统的组成和结构,运用微震监测系统对冬瓜山矿床首采区段不同时段的地压活动集中区进行圈定,采用量化地震学原理开展岩层应力变形强度分布研究,揭示开采诱发地压活动的时空变化规律,初步评价盘区隔离矿柱和回采采场的地压活动状况及稳定性。研究表明,地压活动相对集中区的变化与井下采掘活动紧密相关,各地压活动相对集中区与采掘工程施工位置相对应,在时空上随采掘活动的改变而发生变化。采场回采区内的地压活动相对较稳定,掘进活动区内的地压活动分布较分散且随采掘活动的结束很快减小或消失,目前首采区段岩层是稳定的。实践证明,微震监测技术为深井矿床开采地压活动规律研究提供一种有效技术手段,研究成果为指导矿山安全生产奠定重要的基础。     

无底柱分段崩落采矿法开采深埋软破缓倾斜矿体采场地压显现规律

针对小官庄铁矿西区的地质和采矿条件,分别采用采场地压的宏观调查、巷道变形收敛量测、三维弹塑性有限元分析和三维光弹性试验等手段,揭示了用无底柱分段崩落法开采小官庄铁矿西区深埋,软弱破碎围岩和缓倾斜矿体采场地压显现规律。采场地压的显现具有明显的分区分带特征,不同区带中的地压活动程度有很大差异,采场地爪显现具有动态特征。最后指出了影响采场地压显现的重要因素。在—260m水平开采中,采取了相应的措施,有效地控制了地压,获得了巨大成功。     

河南大华山金矿地质特征及找矿方向

大华山金矿位于毛堂—蒲塘金矿田东南部,矿床由两种工业类型金矿组成,即产于岩体内的斑岩—隐爆角砾型金矿和产于岩体外构造破碎带中的构造蚀变岩型金矿。该矿区以构造蚀变岩型金矿为主,这种类型的金矿在毛堂—蒲塘金矿田尚属首例。文章对区域地质背景、矿区及矿床地质特征、成矿因素进行了分析,认为构造控制了岩体和矿体的空间分布,成矿物质来源于岩浆热液,金矿的形成与燕山期岩浆活动有密切关系。通过对毛堂—蒲塘一带地质特征的分析研究,并与大华山金矿进行对比,认为该地区具有较好的成矿地质条件,指出了矿区及外围找矿有利地段。     

冲击地压研究中的几个哲学问题

冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一。冲击地压发生时,井下几米到几百米的巷道或采煤工作面被瞬间摧毁,如同在煤岩体内装有大量炸药一样,煤和岩石突出被抛出,被抛出的煤和岩石从几吨到几百吨不等,造成支架折损,巷道堵塞,并伴有巨大声响和岩体震动,震动持续时间从几秒到几十秒,记录到的最大震级已超过里氏5级。由于震源浅,冲击地压烈度远大于同级天然地震烈度。1960年1月20日南非的ＣｏａｌｂｒｏｃｋＮｏｒｔｈ煤矿发生了一次冲击地压,井下破坏面积达300万ｍ2,死亡432人,是目前煤矿冲击地压最大的一次灾难。抚顺龙风矿1978…