冲击地压监测预警及其治理技术

监测与预警是冲击地压防治工作的重要组成部分,其对及时采取区域性防范措施和局部解危措施,避免冲击地压事故发生等具有十分重要的意义。本文总结了我国冲击地压矿井主要的监测预警技术,以及冲击地压的治理技术。     

冲击地压多维度多参量监控预警平台开发与应用

针对兖矿集团有限公司下属冲击地压矿井数量多、地区分布广、条件差异性大、致冲机理复杂等导致的冲击地压防控难题,通过冲击地压多参量联合监测预警方法研究、监测监控平台系统开发和现场实践,开展了新形势下冲击地压监控预警新模式的探索。研究与实践结果表明:①通过在空间上进行冲击地压监测分区,依据致冲因素进行监测参量选择与权重系数的设置,可以实现冲击地压分类监测与预警,提升了监测预警准确性;②提出"常规预警"与"特殊条件预警"相结合的预警机制,可通过对某一特定测区的地质及开采技术因素分析,定制各监测参量的权重系数,提高预警算法的普适性和针对性;③提出空间上井上与井下、时间上静态数据与动态数据、强度上采掘速度与预警指标、管理上预警与处置的四维数据分析理念,通过对监测参量的多维度分析,实现了监测数据的深度挖掘,提高了冲击地压监测数据的利用效果;④开发了平台系统,实现了矿井与防冲研究中心、井上与井下、静态数据与动态数据、预警结果与现场处置措施等智能联动及自动上报功能,提高了冲击地压监测预警和管理的时效性,降低了人力成本。     

冲击地压实时监测预警技术及发展趋势

通过分析国内外冲击地压监测预警理论、技术和装备现状以及我国煤矿在冲击地压预警领域存在的问题,提出了提高冲击地压监测预警水平的关键途径,即正确确定冲击地压类型、判定冲击危险区域和确定相应的监测预警方法及关键指标.介绍了冲击地压发生"时间-空间-强度"实时在线监测预警系统的技术架构,以及以"高精度微地震监测和冲击地压(应力...     

煤矿冲击地压灾害防治技术体系

近年来,冲击地压灾害发生的频度和强度明显增加,已发展成为威胁我国深部煤炭资源安全开采的主要动力灾害之一。为了改善我国煤矿安全生产形势,把所有煤矿分为基建矿井、一般矿井和冲击地压矿井3类,围绕冲击危险性评价、冲击地压监测预警、冲击地压综合治理以及科学管理4个方面,建立不同的防冲技术方案。     

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面,全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题,研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备,利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果,结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法,构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理,提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析,基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警,并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制,实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面,分析了冲击地压智能防...     

乌东煤矿冲击地压监测预警平台搭建与应用

为应对乌东煤矿越来越严峻的冲击地压预警与防治形势,提高冲击地压灾害预警准确性,保障煤矿安全高效生产,运用大数据分析方法和云计算技术,结合该煤矿特殊地质条件和复杂开采手段,搭建了集成微震、地音、矿山压力等多种监测手段的冲击地压预警平台,从“时间—空间—强度”三个维度建立多系统多参量监测预警指标体系,构建冲击地压危险综合预警模型。该平台实现了对监测矿井冲击危险的“全天候”、“全方位”的实时动态感知,主要功能包括:能够实时采集各监测系统的数据并完成前兆信息特征提取;展示各单系统预警指标及其临界值,并实现单系统单一指标预警到多系统融合预警的转变;可一键生成报表,实时查看设备状态,节省大量人力、物力。该平台已在乌东煤矿应用,实现矿井的分区分级预警,有效提高了冲击地压监测预警的准确性和可靠性,指导现场冲击地压防治工作,辅助科学决策。     

我国东北矿区冲击地压发生特征及防治现状

东北三省是我国重要的煤炭生产基地,随着资源开采进入中后期,矿井开采深度加大,冲击地压事故频发,冲击地压防治工作面临巨大挑战。通过问卷调查和实地调研相结合的方法,分析我国东三省冲击地压目前的发生现状、矿井特征、发生特征、发生类型以及监测预警手段、防控防治方法等,剖析近年来典型冲击地压事故发生诱因,收集汇总矿方与监察部门反映及调研发现的共性问题并给出了建议。结果表明:东北矿区冲击地压发生历程可分为灾害初现、逐步增加、集中爆发和相对平稳4个阶段,矿区现有冲击地压矿井20座,具有煤层埋深大、赋存条件复杂、上覆厚硬顶板、地应力水平高等特征;冲击地压显现具有埋深较大,煤岩具有冲击倾向性和地质构造参与明显等共性特征,发生原因主要归结为上覆坚硬厚层顶板,开采布置不合理和地质构造活化等,近年来东北矿区典型冲击地压事故可划分为深部动静载叠加型和深部高静载加载型;东北矿区冲击地压防控工作开展较早,监测预警手段较全面且多种设备并行监测,但实际应用效率不高;现有冲击地压防治方法偏重局部解危,区域防范的重视与落实需进一步提升。     

深部矿井复合构造区冲击地压预警方法

以孟村煤矿中央大巷复合构造区周期性冲击地压为背景,在矿井现有的冲击地压监测系统的基础上,根据动静载叠加诱冲原理和冲击启动理论,提出以静载荷的积聚位置、积聚周期和动载荷的来源、供给时间为深部矿井复合构造区冲击地压"四要素"的周期性预警方法.分析认为,深部矿井冲击地压主要因素为静载荷,发生冲击地压的前提条件是静载荷必须重新...     

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明：采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数Fsum采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有良好对应关系;Fsum在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率...     

煤矿冲击地压高效精准防控难点及技术创新

冲击地压孕灾和致灾机理复杂、影响因素众多,煤矿地质环境复杂多变及隐伏构造的存在,卸压前后应力集中和冲击风险程度的变化难以定量评估,监测预警难以实现靶向预警和动态防控冲击地压等问题,导致当前煤矿冲击地压问题仍非常严重。在精准评价和防冲设计、采掘中靶向预警和动态防控等方面提出对应的解决途径,阐述了产学研结合获得的一些重要研究进展。结果表明,通过校企联合强化矿井冲击地压机理研究,结合多种方法提高冲击危险性评价的准确性,基于动静载冲击破坏模型和临界准则量化防冲措施参数,采掘中紧密结合地质和开采条件实现靶向预警和动态防控等,是实现冲击地压高效、精准防控的重要解决途径。三参量致灾理论和巷道瞬态触发—连锁破坏冲击模型、基于人工智能巷道抗震能力评估及卸压—支护优化设计、煤层应力随钻感知和精准卸压调控、冲击地压靶向监测预警技术、采掘全过程冲击地压跟踪治理技术等一系列创新成果,破解了复杂致灾环境下冲击地压防控难题,为冲击矿井安全高效开采提供了有力保障。     

冲击矿压防治的应力控制理论与实践

分析了原岩应力和采动应力对冲击矿压发生的影响,通过采用采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的冲击危险性进行了评价;通过对具有冲击危险性的煤岩层实施煤层卸载爆破、深孔断顶爆破和深孔断底爆破技术,进一步验证了冲击矿压防治的应力控制理论,取得了良好的实践效果。     

冲击矿压综合防治技术体系及应用

分析了目前在冲击矿压危险评价、监测手段及防治方法研究中存在的问题,提出建立一套冲击矿压综合防治技术体系。该体系建立在以地球物理探测方法为主的实测基础上,以地质构造异常探测、冲击危险源识别和剩余能量消耗为特征,对冲击矿压危险进行分阶段和分区域评价及防治。工程实践表明,该体系能对冲击矿压进行有效预警并能预防和减弱冲击矿压的危害,达到保证人员和设备安全的目的。     

焦坪矿区坚硬顶板冲击矿压发生机理与防治对策

根据焦坪矿区覆岩的赋存特征,类比了其他矿区的冲击矿压案例,提出了焦坪矿区潜在的重大冲击灾害性。以具体工作面为例,参考已有的煤岩体冲击倾向性和物理力学性质实测结果,结合顶板运移实测结果,以冲击矿压发生的三因素理论为指导,从冲击倾向性、力源因素、煤岩体组成结构等三方面论证了孕育冲击矿压的成熟条件,在此基础上提出了有针对性的防冲措施。     

冲击矿压的微震预测预报技术及工程应用

介绍了微震监测系统的基本原理和监测技术,并与传统的钻探法、近距离监测手段作了对比,指出了微震监测技术具有静态、实时和大范围监测的技术优势。对微震监测的监测结果作综合统计分析,参考矿井冲击矿压的历史统计资料,是冲击矿压冲击倾向性的基本技术手段;工程实践表明,用综合指标预测冲击矿压是可行、可靠的。随着各矿井采深的加大,微震监测技术将成为深部开采地质灾害预测预报的重要监测手段。     

冲击矿压危险源及其层次化辨识

冲击矿压发生存在冲击矿压危险源,给出了冲击矿压危险源概念;通过对微震监测技术、地音监测技术以及采动应力监测技术应用效果的对比分析,提出冲击矿压危险源的辨识是冲击矿压防治的前提;冲击矿压危险源辨识技术存在各自适用范围,对于冲击矿压危险源的搜索定位必须实现层次化。     

基于应力法的冲击地压预测系统的研发与应用

冲击地压发生前期,煤岩体深部弹性能量产生传递转移,同时产生间歇性的应力脉冲信号,针对应力脉冲信号的传递特性,利用新研制的冲击地压信号记录监测仪,实现了对应力脉冲信号的连续动态监测与自动分析,开发了冲击地压预测预报信息软件系统,有利于冲击地压的预测预报与防治。     

基于Matlab的矿震信号小波分析

矿井微震监测在防治冲击矿压方面已经成为一种有效的手段,它主要是通过布置在矿区范围内的矿震监测系统,记录到矿震震动波形,然后对矿震波形进行分析处理,从而确定矿震震源的位置和能量大小,以Matlab软件为平台,通过对矿震信号的小波分析,根据连续小波变换能检测到信号的突变点,从而能够确定矿震信号P波初动的时间;最后进行小波去噪,能有效地去除掉了矿震信号中的噪声信号。     

浅埋煤层坚硬直接顶破断诱发冲击地压机理及防治

针对浅埋缓倾斜煤层坚硬直接顶下回采工作面冲击地压问题,采用微震及矿压监测方法确定了坚硬直接顶超前工作面破断的位置及顶板周期来压步距,在此基础上分析了回采工作面冲击地压的能量来源和致灾机理,建立了坚硬直接顶超前工作面破断的力学模型,推导了直接顶初次破断和周期破断的步距公式并计算得到了直接顶超前工作面的破断距离。结果表明,直接顶的周期破断步距以及破断产生的矿震能量均比基本顶周期来压步距及矿震能量小,但由于直接顶距离煤层近以及直接顶超前工作面破断位置距离煤壁过小,坚硬直接顶的周期破断引起的动载增大了工作面冲击地压危险。据此确定了在巷道进行直接顶预裂爆破以增大直接顶超前工作面煤壁破断距离的冲击地压治理措施,微震监测结果显示超前预裂爆破有效降低了工作面冲击地压危险。     

深井SOS微震监测系统建设与应用

为了加强深井冲击矿压预测情报有效性,介绍了SOS微震监测系统的结构、原理、布置、定位与监测信息后处理;针对采空区残余应力以及断层构造应力诱发冲击矿压的问题,以微震监测为基础,分析了不同地应力作用下可能的冲击危险。结果表明:微震活动持续不均衡活跃并呈增大趋势时有较高冲击矿压可能性;微震活动持续沉寂但矿压显现异常强烈时有较高冲击矿压可能性;微震监测系统在深井冲击危险等煤岩动力灾害的监测预报方面发挥重要作用。结论对于矿井冲击矿压监测与治理工作具有借鉴和指导意义。     

基于地音活动规律的冲击危险性评价技术

基于ARES-5/E地音监测系统,研究了华丰煤矿1410工作面高能事件发生前地音变化规律,获得了冲击危险性增加或降低时地音的基本活动形式;基于冲击矿压与地音的相关性研究,初步建立了华丰煤矿地音评价冲击矿压的适用性标准。