煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究

为合理选用监测预警方法以便进行高效的冲击地压防治,通过工程与文献调研、理论分析、现场实践等方法,分析总结了我国煤矿冲击地压发生特征、影响因素、发生机理、监测预警手段等。结果表明:冲击地压大多发生在巷道,破坏范围一般为90~150 m,且矿震能量越大、距离巷道及采场越近,其诱冲可能性越高;冲击地压发生机理一般为静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用的结果;冲击地压的监测预警主要从静载应力场和震动场两方面,单一监测方法难以实现对冲击地压的精确预测,而联合多种方法涉及震动场和应力场的多参量综合监测预警技术较为科学。     

震动场、应力场联合监测冲击地压的理论与应用

在总结现有冲击地压监测方法和分析其优缺点的基础上,提出冲击地压多参量实时在线联合监测的观点。根据事故现场勘查,将冲击地压破坏方式分为帮部冲击、底板冲击、顶板冲击、气浪、强震等5种;基于主客体不同,将冲击地压分为"自发型"和"诱发型"两类,并阐明了新分类的工程意义;根据两类冲击地压的可监测特征,提出了震动场、应力场联合监测冲击地压的观点,阐明了技术内涵;鉴于获取手段不同,宏观上将冲击地压危险区分为静态危险区和动态危险区两类;结合现场实际,提出了矿井冲击地压监测技术体系和分区治理思路,实现冲击地压的"宏观—区域—局部—点"全局"无缝"监测和"预卸压—解危"的分段分级治理。将研究成果分别应用于深厚表土综放工作面和深井三硬煤层冲击地压治理,取得了良好效果。     

冲击地压靶向精准监测预警和防控实践研究

针对永陇公司崔木煤矿防冲工程的系统性、监测预警的准确性、方案措施的针对性不足等问题,利用应力场、能量场、震动场等时空融合监测方法,建立符合崔木煤矿地质与生产技术条件的冲击危险动态监测预警、防控和检验一体化的防冲体系,并在构造复杂、有较大冲击风险的22311工作面进行工程实践。结果表明：多场耦合监测技术能够为崔木煤矿冲击地压危险区域识别、预警和解危措施实施提供有效依据。通过定量识别冲击危险状态及其等级,在空间域上靶向定位危险区域,并在预警区域开展卸压、解危措施,成功解除了22311工作面的冲击地压隐患,减少了监测与治理的盲目性,保证了工作面安全高效开采。研究成果对冲击地压防控技术的发展及指导现场安全生产具有重要的现实意义。     

基于区域应变效应的冲击地压孕育及预警机制

冲击地压等动力灾害孕育、诱发过程有采场范围外更大规模工程岩体的参与,为探明此类灾害与区域应力场之间的相关性、冲击灾源体与周边区域应力环境之间的耦合致灾机制和定量关系,基于应力连续监测技术开展了冲击地压灾害的区域应变效应观测与特征分析。建立了针对冲击地压矿井区域应力监测的钻孔应变观测系统,实现了采场及冲击"相关区域"地层应力的动态监测;提出了钻孔应变数据特征分析参量"应变比速率"的概念,用于量化分析区域应力的演变趋势。研究表明,矿山开采中的冲击地压孕育、诱发过程伴随着区域应力场的调整,且钻孔应变实测数据验证了传统采动影响范围以外更大区域的应变效应;冲击地压发生前,相关区域的钻孔应变出现了"增高→极大值→降低→趋于稳定值"的"凸"型变化过程;应变比速率呈现出"0→正→0→负→0"变化过程,为分析冲击地压灾害孕育状态及预测预警提供了新的判断依据。     

煤矿冲击地压多参量监测预警平台研究

为提高煤矿冲击地压监测预警准确性,分析了当前煤矿冲击地压多参量监测预警现状及存在的问题,提出了冲击地压多参量监测预警平台建设方案,研发了冲击地压多参量监测预警平台,并通过工程应用验证了该平台的实效性。研究表明,冲击地压多参量监测预警平台能够充分挖掘监测数据信息,克服监测指标相对独立、实时联合监测效果差、多参量联合预警难等问题,实现同一时空维度上各类监测数据的联合、对比分析,提高了冲击地压预警准确性和时效性。     

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。     

我国煤矿冲击地压灾害研究进展及技术体系分析

基于冲击地压研究的相关技术资料,从发生机理、监测预警、灾害防治、规范标准等4方面归纳我国煤矿冲击地压灾害研究进展及技术现状。从复合型能量释放及动静载荷作用、地质弱面及煤岩体几何结构变化、煤岩体物理力学性质及应力分布规律、采掘工程扰动及井巷布局等4个方面分析致灾原因及演化规律。综述了监测预警的常规手段及常用的监测预警系统,结合多维多参量监测预警体系、动态监测预警体系等技术分析,对冲击地压监测预警开展了“五化”技术发展趋势展望。在分析深井防冲、多灾害联合防治等新技术的基础上,提出了包括冲击地压单一化防治向协同性防治转化、完善冲击地压智能化防治体系、建立地域性防冲技术库共3个方面的防治意见。     

冲击地压风险智能监控预警平台研究与应用

针对目前冲击地压灾害防控技术多以单物理量监控为主的研究现状,巴彦高勒煤矿结合“云技术”,将应力监测、微震监测、钻屑量监测等数据采用多参量耦合预警算法体系进行系统融合,建立了冲击地压风险综合智能监控预警平台,实现了原始数据与分析结果的云实时同步存储。应用结果表明：冲击地压风险综合智能监控预警平台可实现多参量数据自动采集、联合监控预警和分析,能够进行基于多参量的初次来压分析,极大提高了冲击地压的检测效率,减少了经济损失。     

基于震动场-应力场双云图的冲击危险区快速判定方法及应用

针对冲击地压监测预警的准确性和时效性尚不能满足现场工程需要的难题,通过理论研究、软件开发和现场实践,提出了基于震动场、应力场双云图冲击危险区快速判定方法。该方法通过微地震震动云图可以快速、直观地预测区域冲击危险性,钻孔应力云图对局部进行临场预警,在双云图联合判定下,可以对冲击危险区进行快速判定,进而指导工程现场开展针对性的卸压、支护措施,提高了冲击地压防治效率。研究成果经河南义马矿区现场应用,效果良好。     

基于云计算的煤矿冲击地压监控预警技术研究

为研究冲击地压各监测参量之间的相互关系,提高冲击地压监测预警的准确性,通过对冲击地压发生机理、各监测手段的监测原理进行分析,运用大数据分析方法和云平台技术,开发了一种多参量联合监测的冲击地压监控预警平台。研究结果表明:该平台提高了各监测参量的兼容性和同步性,实现监测数据深度挖掘和远程分析;平台可对矿井进行分区分级预警,对回采工作面、掘进工作面、无明显采动扰动区域采用不同的监测方法和预警指标,提高预警的针对性和准确性;预警算法中各指标、各参量所占比重,均可根据冲击地压类型、影响因素、监测指标活跃程度等调整,提高预警算法对采掘和地质复杂环境的适应性,经10余个矿井现场应用表明,该系统能有效提高监测数据对安全生产的指导作用。     

震动波CT反演应用在冲击矿压预测预警的案例研究

随着煤矿开采向深部推进,冲击地压成为制约矿井安全生产的主要灾害之一,针对目前传统的矿压、应力在线等监测手段已不能满足冲击地压灾害的监测预警工作,本文介绍了基于微震监测数据开发的震动波CT反演技术在煤矿冲击地压监测预警中发挥的作用,震动波CT反演能够较为准确的反应区域应力场,从而在空间和下一时段预测微震事件的发生,指导矿...     

冲击地压的三参量能量致冲准则及多场监测预警和动态防治技术

针对目前冲击地压监测分析、预警能力不足,难以确定危险区域及其演变趋势,不能开展针对性的卸压工程,导致冲击地压频繁发生实际问题.从能量角度研究冲击地压产生机制,提出冲击地压的三参量能量致冲准则,分析能量场和应力场耦合监测预警原理,建立基于多场耦合监测的危险性评价和防冲技术,开展采掘过程中动态监测和调控防冲实践,进行了效果...     

大埋深工作面多参数冲击地压预警研究

煤矿冲击地压监测预警是冲击地压防治的重要环节,但单指标监测预警的可靠性差,多指标联合监测存在各指标相互独立,预警阈值不确定,实时联合效果差等问题,本文通过应用改进的D-S证据理论融合微震指标和声电指标多参量监测结果,并对监测结果进行变换,效果更加直观,通过在2315工作面进行5个月的现场实践,共计准确预警冲击地压事件9次,大能量矿震事件8次,冲击、大能量矿震事故预警的准确率达100%,误报3次,误报率为15%。应用改进的D-S证据理论融合微震指标和声电指标多参量监测结果对冲击地压进行预警的准确率较高,解决了多指标联合预警的缺陷,具有很好的应用前景。     

坚硬顶板工作面冲击地压远近场联合监测预警技术

针对坚硬顶板和高应力的开采条件,提出了冲击地压远近场联合监测预警技术,采用ARAMISM/E微震监测系统进行远场监测,对工作面开采过程中微震事件的时空演化规律进行了分析,确定冲击地压预警指标值,建立联合指标对冲击地压进行预报。采用电磁辐射和煤体应力进行近场监测,确定工作面和两回采巷道电磁辐射强度预报值,结合煤体应力等值线的变化,对冲击危险性进行评价。应用实例表明采用冲击地压远近场联合监测预警技术后,成功预测了数次冲击地压,取得了较好的预测效果。     

深部综放工作面动压微震监测及控制技术研究

针对深部复杂条件下综放工作面动压控制难,精细防冲技术与装备不足的现状,利用井下高精度微地震监测系统,结合采场覆岩空间结构理论,对开采过程中的岩层空间破裂规律、断层构造活化规律及空间应力场影响范围进行了研究,实现了三维连续动态监测及矿井冲击地压的监测和预警。结果表明,微震监测能够准确判断出工作面岩层破裂范围、煤柱稳定性及岩层运动异常区域,实现了冲击地压监测的超前预警预报。     

自震式微震监测技术在煤矿动力灾害预警中的应用

为进一步提高微震监测系统定位精度,在传统微震监测技术基础上,提出一种新型自震式微震监测技术,通过自主研发自激震源,实现自动变频震动,实时计算煤岩体中纵波传播速度,优化微震系统参数,最终实现高精度、高可靠性监测微震事件。依托该技术自主研发的KJ768自震式微震监测系统已先后在跃进煤矿、石圪台煤矿、龟兹煤矿等多个现场进行了实际应用,结果表明:自震式微震监测技术在煤矿动压防治领域具有监测形式多样、监测精度高等特点,能够有效解决冲击地压灾害预警、浅埋煤层强动载矿压预警等问题。     

我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望

总结分析了我国冲击地压监测预警的主要方法和技术特点,提出了冲击地压矿井的4种主要监测预警模式,指出了目前我国冲击地压矿井的监测预警模式在监测理论、方案设计、监测目标、设备搭配等方面存在的问题,提出了我国冲击地压监测预警技术的发展趋势:预警模式设计分源、空间层次化;监测点布置信息动态反馈调整;监测设计实施精细化、精度化;预警结果综合权重分析。     

坚硬顶板工作面冲击地压监测预警技术

针对坚硬顶板和高应力的开采条件,提出了冲击地压远近场联合监测预警技术。采用ARAMISM/E微震监测系统进行远场监测,对工作面开采过程中微震事件的时空演化规律进行分析,确定冲击地压预警指标b、η、Mm、A(b)的值分别为0.58、1.52、2.32、7.85,建立联合指标对冲击地压进行预报。采用电磁辐射和煤体应力进行近场监测,确定工作面和两回采巷道电磁辐射强度预报值分别为154、131、136 m V,结合煤体应力等值线的变化,对冲击危险性进行评价。应用实例表明,采用冲击地压远近场联合监测预警技术后,成功预测了数次冲击地压,取得了较好的预测效果。     

微震分析软件在冲击地压监测预警中的应用

华亭煤矿受地质条件和开采条件等众多因素的影响,近年来多次发生冲击地压灾害事故。为了对冲击地压发生规律进行专题探究,进而寻求监测预警的解决对策,开展了矿山微震分析软件在冲击地压监测预警中的应用。结合防治经验,建立了以微震监测为主,声发射监测、钻屑检测为辅的监测预警体系,论述了"MapRAS 3.0分析预测系统"中筛选优化出来的震动频次、震动能量、活动率偏差指数、岩体破裂速率指数、顶底板损伤深度指数的含义及其分析方法。并以250107-1工作面回风顺槽发生冲击地压显现为例,结合250106-1掘进工作面微震监测数据,开展了具体的案例分析应用,最后总结了监测指标的应用方法和注意事项。实践结果表明,该方法可以在冲击地压监测预警中提供科学、可靠的指导依据,确保冲击地压预警发布的准确性。     

微震监测技术在房柱法开采矿山中的应用

房柱法开采存在采空区群以及矿柱破坏严重等现象,造成顶板压力集中诱发大规模地压灾害。为了掌握采场地压活动情况,需要建设1套地压在线监系统监控采场地压变化,传统的点监测技术手段存在监测范围小、灵敏度低、布网复杂、安装地点危险等缺点,而微震监测是1种先进的地压监测技术,具有监测范围大、高灵敏度、布网简单、监测信息丰富以及提前预警成功率高等优点。通过对我国典型房柱法开采的金属矿山采空区地压风险分析,以及微震监测设计与建设研究,提出了微震监测技术在房柱法开采矿山中应用方法。