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。     

基于参数自适应差分进化算法的煤矿开采沉陷预计

通过模拟实验研究基于参数自适应差分进化算法的数值模型参数反演的可行性,在此基础上结合工程实例开展开采沉陷预计,并利用差分技术对数值模型进行误差控制。研究结果表明:采用参数自适应差分进化算法进行参数反演收敛速度快,能提高参数反演效率,并可在短期内,使用差分技术对数值模型的误差进行控制,提高煤矿开采沉陷预计的精度。     

深井矿山岩爆控制体系构建

随着矿山开采深度的增加,原岩应力水平大大提高,导致岩爆等灾害发生频率提高,矿山生产的安全性下降。以微震监测技术为中心构建深井采矿岩爆控制体系,可以提高有岩爆危险和／或危害矿山采矿的安全性。以微震监测系统为中心的岩爆控制体系主要包括：微震监测网络的建立、微震事件波形的处理、微震事件震源参数的量化、回采过程中微震震源参数变化的规律分析、危险区域的识别、危险震级的有效预测、采矿策略的调整和最佳策略的确定。     

基于改进差分进化算法的煤矿井下逃生路径优化

为了减少矿难中的损失,提高被困人员的幸存概率,基于改进差分进化算法,提出一种煤矿井下逃生路径优化方法。分析了影响逃生的六个影响因素,并根据这些因素建立了地下巷道权值计算模型。通过设计混合变异策略和参数自适应机制来提高差分进化算法的搜索效率,从而快速寻找最优逃生路径。实验结果表明,所提方法能够有效的找到最优逃生路径及其他次优可选路径。     

基于测井曲线和有限差分的火成岩正演模拟研究

塔里木盆地二叠系火成岩具有埋藏深、岩性变化大、多期次、分布厚度不均等特点,很难准确的用地质模型来描述。采用一种基于测井曲线的建模方法,并设定不同的参数建立三个模型,采用有限差分方法正演出地震记录,通过分析可知,这种测井曲线和有限差分相结合的方法,能够针对目的区建立较准确的地质模型,计算结果也能很好地验证反演解释的成果。     

HTI介质地震波各向异性AVO反演

常规AVO反演主要针对各向同性介质进行,含有裂隙的地层实际上是各向异性的。地震反演问题是典型的不适定问题,各向异性参数的加入,使得地震反演问题的非线性程度显著增加,比传统反演难度加大。SA-PSO算法将粒子群算法与模拟退火法进行混合优化,具有全局寻优能力更强、克服早熟现象、不易陷入局部极小值等优点。将含有垂向裂隙的介质近似为HTI介质,基于HTI介质近似反射系数方程,建立关于各向异性参数的目标函数,通过SA-PSO算法实现HTI介质各向异性参数反演,进一步,利用流体因子、裂隙弱度与各向异性参数的关联,对裂隙相关参数及流体因子进行预测。建立含有HTI型煤层的理论模型,对原始数据同时使用SA-PSO算法与PSO算法进行反演,对算法的优越性进行测试,SA-PSO算法反演精度更高,反演过程更稳定;对多层理论模型数据分别加上信噪比为5,10,20的高斯随机噪声,对反演方法的抗噪性进行测试,反演结果误差较小,反演过程能快速收敛,反演抗噪性较好;根据HTI型含水裂隙中各向异性参数的特点,对Marmousi2模型的含水砂岩部分进行改造,引入各向异性参数,通过反演获取速度、密度及各向异性参数剖面,并实现...     

沁水盆地煤层气地震储层预测技术方法研究

随着三维地震勘探技术在沁水盆地郑庄煤层气示范区的实施,煤层气地震储层预测技术方法研究得以更好的开展。采用岩石地球物理分析、拓频、分频及波阻抗模型反演等方法,开展了煤层分布范围、厚度变化的预测,采用正演模拟、地震频率衰减及弧长属性计算等方法,开展煤层气富集区预测。郑庄煤层气示范区三维地震储层预测效果明显,为井位部署、储量...     

煤储层中微地震事件震级影响因素分析

近年来,随着微地震技术发展,微地震的应用深度也在不断拓展。如微地震监测从最初简单的震源点定位到震源机制反演、地层主应力状态以及储层渗透率等高级解释参数。在众多解释参数中,微地震事件震级是一种极为重要的震源参数,它是表征在生产作业中诱发震源强度大小的物理量。不同地区诱发事件震级分布特点不尽相同,目前对于震级大小的影响因素尚不十分明确。以山西沁水盆地南部煤层气井水力压裂地面微地震监测为例,综合现有资料对该井压裂事件震级的影响因素进行了分析。首先,通过压裂施工曲线定量统计了施工中油压的平均压力和峰值压力,然后分别与微地震事件震级进行交汇分析;其次,应用Gutenberg-Richter定律研究事件震级在空间和时间频率的分布特征。最后基于三维地震相干体属性解释储层天然裂缝,应用摩尔库伦破裂准则分析天然裂缝对破裂压力的影响。分析表明:(1)水力压裂中事件的平均震级或峰值震级都与水力压裂压力具有明显的正相关关系,压力是影响微地震事件震级的大小的直接因素。(2)强震级集中区域表现为明显的低b值特点,表明该区域附近岩性相对更偏脆性,应力积累能力大于周围区域。(3)天然裂缝会降低地层的破裂压力,因此在煤...     

煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制

为实现对褶皱构造区冲击矿压震源机制的有效分析,基于震源机制矩张量反演方法,在优化震动波远场位移及破裂面产状求解方法的基础上,对甘肃华亭矿区砚北煤矿250204工作面回采期间冲击矿压震源破裂类型、破裂面产状及视应力等地震学参量进行系统分析,揭示了砚北煤矿褶皱构造区冲击矿压震源机制。研究结果表明:工作面回采扰动影响下,褶皱构造区冲击矿压震源破裂类型以拉张破裂为主,其矩张量以非双力偶部分占主导,表现为水平挤压构造应力、超前支承压力共同作用下煤岩体的应力释放;震源破裂面产状有明显分化趋势,小倾角(35°)震源破裂面走向多垂直工作面推进方向,而大倾角(35°)震源破裂面走向多平行于工作面推进方向且倾向实体煤一侧;褶皱构造区冲击矿压震源辐射能量和地震矩基本分布在一包络线内,随震源辐射能量增大,其地震矩大小分布更加集中;通过震源视应力计算,得到了回采扰动下工作面及其周边应力演化情况,与冲击矿压震源时空分布及巷道冲击显现结果基本吻合。     

哈拉哈塘Y工区二叠系火成岩地质统计学反演研究

哈拉哈塘地区在二叠系发育大规模火山活动,该区在二叠系地震剖面上各类火成岩的频率、振幅及同相轴的连续性具有较大差异.综合利用测井、地震等资料,针对该区火成岩及构造特点,利用地质统计学反演对该区火成岩进行参数分析,对反演结果进行质控及效果分析,控制地质统计学反演结果的相对误差在2.56％之内,实现了该区二叠系火成岩精细速度...     

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。     

急斜特厚煤层群采动应力畸变致诱动力灾害控制

采动应力诱发的动力灾害是制约急斜特厚煤层群安全开采的难题之一。以乌鲁木齐矿区乌东煤矿动力灾害防控为目标,采用开采技术条件调查、理论分析、数值计算和现场监测等方法与手段,揭示采动应力畸变致诱动力灾害机理。研究表明:43号煤层产生的采动应力经其顶煤传导作用至层间夹持煤岩柱(sandwiched coal-rock pillar in seams,SCPS),同时受自重作用SCPS发生大变形,造成其倾向上部层位受拉伸应力而倾向下部层位受压缩应力,引发45号煤层+575水平南巷顶板应力高度集中,导致动力灾害频发。针对43号煤层工作面高于45号煤层工作面的开采布局,制定"先注水后爆破"解危措施。现场监测结果表明微震大事件频率由4.0次/min降至1.0次/min,电磁辐射峰值强度降至42.8 m V,动力灾害得到有效控制。     

基于最大值的岩层断裂监测机理与方法研究

研究由矿山开采引起的覆岩断裂,可探究地表沉陷的原因及覆岩断裂与地表沉陷的时空关系。从岩层断裂时诱发的微震现象入手,利用微地震定位原理,建立微震计算模型。在获得微波同时不考虑振幅、频率与能量的基础上,只要每个检波器能够检测到的是同一性质的最大值时刻,就可以实现岩体断裂（震源）的空间定位,从而利用最大值达到时刻来确定岩体断裂的即时位置,确定微震波速,进而研究地表沉陷的内部原因。     

高强综放开采覆岩破断与瓦斯涌出微震响应规律及应用

为了解决高强度综放开采条件下的工作面卸压瓦斯治理问题,本文以王家岭矿12302综放工作面为研究对象,采用微震监测技术对工作面推进过程中产生的微震事件进行监测记录,配合工作面瓦斯涌出量监测,对工作面在推进过程中上覆岩层的破断情况和裂隙演化进行了分析,得出了微震事件发生与瓦斯涌出定量的表征关系,然后对工作面高位钻孔布置参数进行了调整,并对调整后的钻孔抽采效果进行了检验。研究结果表明：12302工作面周期来压步距在21 m左右,采动覆岩裂隙带主要分布在采空区顶板两侧,高度在55 m左右。工作面瓦斯涌出量和微震事件的频次呈线性相关,拟合公式为y=4.82+0.003 7x,可以根据此公式和监测所得的微震事件频次来预测工作面的瓦斯涌出量。调整布置参数后的高位钻孔瓦斯平均抽采浓度为7.9%和抽采纯量为1.16 m³/min,表明抽采效果较好。     

矿山微震震源能量表达方法与应用研究

为了克服传统微震监测预报方法采用对微震事件发生频度、数量和定位上,不能从单一的微震事件上进行判断的技术弊端。借鉴于天然地震能量理论,提出了一种建立矿山微震震源能量求解的方法,并建立了震源点实际能量与微震监测能量的关系式。研究了以炸药当量表述微震震源能量,通过炸药当量与震级的关系,基于震源能量求出矿震震级。现场研究结果表明：微震震源能量对预测矿难、预报周期来压、卸压效果评价、构造地带活化评价以及地压异常区域的确立,有着较为显著的意义。研究结果表明建立微震震源能量与炸药用药量、矿震震级的关系可以定量计算微震事件释放能量的大小,为矿山灾害的预警提供一种新的评判标准,可用于指导矿山安全生产。     

近直立特厚两煤层同采冲击地压机理及防治

针对急倾斜特厚煤层特殊的赋存条件和开采技术条件,基于区域构造应力特征和地应力实测结果,建立了急倾斜特厚煤层水平分段开采两侧采空岩柱的外伸梁力学模型,分析得到了近直立特厚水平分段两煤层同采条件下两侧采空岩柱对煤体的"撬杆效应"构成了冲击地压的力源并获得其表达式,提出了由于该力源作用在煤体上产生的应力随时间的变化率达到或超过煤体的动态破坏应力指数而发生冲击地压的致灾机理。数值模拟结果和现场微震统计结果表明,主要受水平构造应力影响下的两侧采空岩柱在开采水平以下出现了应力集中和能量集中区域。据此提出了在开采水平超前工作面定期通过爆破和高压注水降低岩柱应力集中程度进行冲击地压解危,效果检验表明防治效果显著。     

深部下山煤柱区矿震规律研究

针对某矿-1 025 m西一下山采区9煤回风下山发生的多次冲击矿压显现，利用SOS微震监测系统，研究分析深部下山煤柱区域矿震活动规律。结果表明：冲击矿压发生前，矿震能量持续上升，频次亦持续增加或维持在较高水平；矿震沿下山集中明显，主要位于2个覆岩关键层内，高静载加强矿震扰动是诱发巷道冲击破坏的主要原因；冲击前兆强矿震信号呈现低频率、高振幅特征。根据监测结果实施煤体大直径钻孔、顶板预裂爆破以及优化支护等矿震弱化控制技术，现场效果良好。     

基于改进果蝇算法的概率积分法预计参数反演

由于概率积分法函数模型的非线性表现形式以及各参数之间的相关性,概率积分法开采沉陷预计参数反演时存在计算复杂、易发散、容易陷入局部最优解等问题。利用参数设置少、计算效率高、算法实现容易、全局寻优能力强且精度较高的果蝇算法进行基于概率积分法的开采沉陷预计参数反演,并对算法进行改进。以实测下沉值为参照,将预计结果与实测值相比较,结果表明,改进的果蝇算法对概率积分法的开采沉陷预计参数反演具有适用性,对于用概率积分法进行开采沉陷预计的精度的提高有一定的积极作用。     

深部冲击危险工作面主被一体化波速反演预警技术

为解决深部冲击危险工作面震动波反演周期长、射线覆盖率低、结果不可靠的技术难题,提出采用主、被动震动波一体化波速反演技术对工作面冲击危险区域进行监测预警。基于SIRT算法,对监测区域进行波速反演并分析应力分布情况,大大缩短反演周期,利用该技术的预警指标快速获得冲击危险区域。以安居煤矿2309工作面为例,提出单日波速CT反演与连续六日波速CT反演相比较的方法,深入研究深部冲击危险工作面回采期间应力分布规律。研究结果表明：工作面回采期间,该技术准确预判工作面内高应力分布区域,确定冲击危险等级。结合现场钻孔检验,验证了该技术反演预警的准确性,应用效果良好。