神经网络在开采与矿山地震活动性关系研究中的应用

开采与矿山地震（矿震）活动性关系通常用理论公式来表达，在实际应用中需要靠经验或回归的办法来确定其参数，而用其预测的矿震活动性规律在准确性上不够理想。本文将神经网络引入开采与矿震活动性关系的研究中，以影响矿震活动性的开采强度、开采深度等因素为输入，分别以单位时间内矿震累积震级和矿震次数为输出，并将训练后的网络用于矿震活动性预测。通过将该法应用于老虎台矿矿震活动性预测实践，并与传统的回归方法作比较，结果表明神经网络能够充分表达开采与矿震活动性之间的高度非线性关系，用它预测的矿震活动性规律在准确性上优于回归方法所得结果。     

采用岩层变形预计矿山震动

矿山震动是由于开采活动使得上覆岩层运动造成的 ,因此 ,可以根据岩层的运动变形分析预计矿山震动的大小及其分布。岩体的变形能是由垂直应变和形变组成的 ,而矿震能量释放的大小可由岩体运动的变形能来计算。现场观测的实际矿震能量分布与预计的结果非常吻合 ,说明采用岩层变形预计矿山震动的可能性     

采用岩层变形预计矿山震动

矿山震动是由于开采活动使得上覆岩层运动造成的，因此，可以根据岩层的运动变形分析预计矿山震动的大小及其分布。岩体的变形能是由垂直应变和形变组成的，而矿震能量释放的大小可由岩体运动的变形能来计算。现场观测的实际矿震能量分布与预计的结果非常吻合，说明采用岩层变形预计矿山震动的可能性。     

矿山震动对工作面瓦斯涌出量的影响

研究了煤矿开采造成的矿山震动与回采工作面和掘进巷道瓦斯涌出量之间的关系。分析了某矿12个长壁垮落工作面和8个巷道掘进头处震动能量为103J到107J的约5500次震动发生前后工作面内瓦斯浓度的变化规律。结果表明,工作面附近的震动容易造成大量的瓦斯涌出;开采速度增加,矿山震动次数增加,瓦斯涌出量增加;高瓦斯矿井的震动,极易造成大量瓦斯涌出。     

基于SOS微震监测系统的矿震规律研究

基于SOS微震监测系统,研究了鲍店煤矿矿震时间序列分布特征和空间演化规律.结果表明:①矿震频次及能量与工作面推进速度有密切关系,随着工作面推进速度的增加,矿震频次和能量呈线性增大;②随着工作面的推进,震源集中区域逐步往前移动、开采诱发的震动与采空区顶板断裂、冒落密切相关;③工作面开采不仅引起了地质构造带附近破碎岩层的不断冒落,还使得聚集在破碎带中的弹性应变能得以释放,易诱发岩层震动.     

地垒断层型矿震监测分析

为更有效地预防矿井掘进工作面过地垒断层期间矿震事故的发生,采用微震监测系统对工作面过地垒断层时的矿震活动规律进行了重点分区监测分析.当工作面接近地垒断层时,断层发生错动,矿井矿震活动频繁.当工作面处于断层线时,矿震震动能量和震动次数急剧升高.当工作面离开断层时,震动能量和震动次数迅速降低,维持在较低水平.     

矿山震动对工作面瓦斯涌出量的影响

研究了煤矿开采造成的矿山震动与回采工作面和掘进巷道瓦斯涌出量之间的关系。分析了某矿12个长壁垮落工作面和8个巷道掘进头处震动能量为103J到107J的约5500次震动发生前后工作面内瓦斯浓度的变化规律。结果表明，工作面附近的震动容易造成大量的瓦斯涌出；开采速度增加．矿山震动次数增加，瓦斯涌出量增加；高瓦斯矿井的震动，极易造成大量瓦斯涌出。     

矿井工作面回采对微震活动的影响研究

为有效揭示煤矿工作面矿震、冲击地压灾害的发生规律。结合东滩煤矿微震监测的震动能量、频次特征,工作面开采速度特征以及采动应力分布特征,研究了矿井工作面的回采参数对微震分布的影响规律。结果表明,工作面回采速度增加,大能量矿震爆发的非线性特征增强,工作面开采速度大于4m/d时,工作面发生冲击地压可能性大大增加,匀慢速回采是降低大能量矿震事件爆发有效途径;大能量矿震爆发的周期特性在东滩煤矿43上13工作面表现为100m大周期内包含50m的小周期;大能量矿震爆发与工作面整体应力环境正相关,周期来压、工作面“见方”时段为大能量矿震频发时段。     

东滩煤矿六采区大能量矿震发生规律分析

东滩煤矿六采区63_上04、63_上05综采工作面和63_上03综放工作面已开采完毕,工作面回采期间均频繁发生大能量矿震事件,引起地面和井下震动。通过分析六采区已开采工作面大能量矿震发生规律,为采区后续工作面以及类似条件工作面的矿震活动分析及防治工作提供参考。     

煤矿矿震类型及震动波传播规律研究

针对煤矿矿震分类缺乏定量化指标、矿震传播规律不清楚、危险性矿震难以判别等问题,综合采用数值模拟、理论分析及现场实测的方法,对煤矿矿震进行了分类,通过UDEC数值模拟再现了震动波在节理岩体中的传播过程,结合微震监测数据,统计分析了矿震震动波传播过程中质点峰值速度和震动波能量的衰减规律,初步探讨了危险性矿震判别方法。结果表明:煤矿矿震可分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能矿震型3种,其中高能矿震型又可细分为煤体内爆型、顶板失稳型和断层活化型。根据矿震是否对井下人员或设备造成危害,又可将矿震分为正常矿震和危险性矿震2大类。矿震震动波传播受多种因素影响,煤岩体中的不连续面对震动波传播作用明显。揭示了不连续面对震动波应力传递的阻断机制:当震动波传递的应力与原岩应力叠加超过不连续面强度时,不连续面发生破坏,出现一定位移,介质的不连续性阻断了震动波应力传播。矿震传播过程中,质点峰值速度与震动波能量之间具有内在联系,峰值速度、能量均与传播距离呈负指数型关系。实测表明:某矿区实体煤区域和采空区区域的质点震动速度吸收系数分别为0.003 75和0.007 6,震动波能量吸收系数分别为0.007 5、0.015 2,2种区域内震动波衰减差异明显,不连续面对震动波传播影响显著,验证了数值模拟的正确性。     

深部开采过程中构造型冲击地压的能量级别预测

根据深部开采过程中构造型冲击地压的发生规律 ,提出并建立了“开采扰动势”这一概念 ,并在此基础上 ,对冲击地压事件的能量特征与开采量、开采深度及开采活动距控制性构造的位置之间的定量关系进行了分析。对抚顺市老虎台煤矿冲击地压活动与人工开采扰动之间关系的分析结果表明 ,对于构造型冲击地压 ,其总能量和单个事件的能量级别可以进行预测。     

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。     

采动诱冲动能估算及冲击危险性评价

能量积聚与释放作为煤矿冲击地压发生的基本力学机制,成为近些年来学术界与工程界关注的热点之一。如何突破传统的以应力-应变曲线为基础的形变能诱灾机理现状,探讨动能驱动诱冲机理是科学解答冲击地压的瓶颈。根据回采工作面开采所引起的支承分布压力变化,基于开采扰动原理,推导了因采动导致煤体内产生动能计算方法,得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,提出了冲击危险性动能评估指标。研究表明,工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力破坏失稳的充分条件;通过对开采进尺小于和大于塑性区宽度时支承压力变化所引起动能计算发现,当开采进尺大于0.8倍的塑性区宽度时将开始产生动能;当开采进尺一定时,塑性区宽度越大,产生的动能就越小,因此松动爆破、大直径卸压钻孔等手段增大塑性区宽度有利于动能的降低;若开采进尺越大,则产生动能就越高,因此,降低推采速度减少进尺有利于降低产生的动能,基于获得的开采进尺与动能量级的关系,可以定量给出满足防冲要求的安全开采进尺,这为解答如何确定不同冲击地压煤层容许进尺提供了定量方法;根据单位体积煤体所承受动能与单位体积煤体所能够贮存的弹性能的比值,定义冲击危险性动能评估指标,强调动能驱动机制,这将更有利于判断冲击危险性程度。     

电磁辐射测定深部煤岩动力倾向性临界值

针对平煤十一矿己二采区煤岩动力倾向性进行了实验研究，测定出煤层的动态破坏时间TD、弹性能指数WET和冲击能指数KS，确定了该采区煤岩的冲击矿压等级，同时得到了煤岩孕冲一冲击破坏的电磁辐射（EME）现象的规律，确定了煤岩动力破坏的EME临界幅值和脉冲数，为实际生产中采取解危措施及效果检验提供了实验依据。     

关键层运动诱发矿震的微震探测初步研究

采用微地震定位监测技术对华丰煤矿关键层运动诱发矿震进行了研究.根据岩体在三维空间的破裂成像,得出：可以依据微震破裂事件的空间分布对关键层进行划分;开采6,4层煤均引起了主关键层砾岩的破裂,砾岩破裂位置的发展顺序在倾向上逐渐向实体煤扩展,在高度上先从下部开始;冲击地压显现地点不一定是矿震震源发生地点;统计观测的结果表明：部分砾岩断裂导致了矿震发生,大约50％的矿震是由于关键层的破裂引起的,只有个别矿震导致了冲击地压显现,说明了矿震与冲击地压的区别.展示了冲击地压产生原因的多样性及复杂性,提出了应根据不同的产生原因进行冲击地压防治的思路.     

回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制

坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式,并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度L和峰值应力集中系数a增加,使峰值距煤壁位置x0减小,3者均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,且悬臂长度L和应力集中系数a影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低,促使关键块B的回转角增大,造成关键块A的破断步距增大,破断释放的能量也大幅增加,甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,其破断释放的弹性能更大,大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击,同时使超前段顶煤支护失效,造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别,证实了两种坚硬顶板的破断模式,且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性,并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d,科学指导了胡家河矿的开采强度优化。     

基于中长期微震时空特征的采动地压灾害风险分析

地压灾害风险动态评估与分析是制约深井安全高效开采的关键技术之一。针对某矿山千米以深开采地压灾害现状,通过分析矿山开采技术条件,设计并建立了深部地压灾害风险微震监测系统,开展了爆破定位标定试验,优化了重点监测区域系统速度模型,探究了矿山微震事件中长期时空分布规律,提出了基于微震监测的地压灾害风险分布特征。研究结果表明：采用纵波波速5400m/s、横波波速3200m/s,重点监测区域综合定位误差小于7.4m,满足矿山深部地压灾害风险监测需求;微震事件主要分布在施工及回采区域、隔离矿柱区域,微震活动与采动呈现正相关性;分析微震事件时序分布特征,II-1#矿带地压活动风险较大,红尖山易发生突发性、强度较大的地压事件。研究成果为该矿山深部地压灾害风险防控提供了数据支撑。     

矿井群冲击地压发生机理与控制技术探讨

大型地质体控制下,相邻矿井开采过程中时常发生冲击地压。为研究大型断层和巨厚砾岩层顶板条件下两个相邻矿井间相邻工作面开采过程中冲击地压的发生机理,以义马矿区跃进矿23070工作面和常村矿21220工作面为实际工程背景,对两工作面回采期间冲击显现特征和微震事件时空演化及能量特征展开现场实测分析,并对井间覆岩结构应力分布开展理论分析和数值模拟。研究结果表明,义马矿区F16逆冲断层的活化运动和巨厚砾岩层的整体控制作用,为冲击地压的孕灾提供了力源条件,井间相邻工作面同时回采期间,采空区上覆岩梁与井间煤岩柱系统构成“非对称T形”结构,21220工作面煤体冲击导致应力转移至井间煤柱和23070工作面,从而诱发23070工作面冲击;井间开采扰动导致应力转移并诱发冲击地压,与滞后开采工作面初始冲击强度及推进长度具有密切关系;基于理论与工程实测结果,提出了以弱化矿井间高应力传递的结构链为核心的井间“弱链增耗”防冲技术。为巨厚砾岩层顶板矿井群开采条件下相邻矿井工作面冲击地压发生机理及控制技术的研究提供理论基础。     

易自燃特厚煤层冲击地压的防治

冲击地压是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,通过分析千秋煤矿的地质条件,提出了相应的防治冲击地压措施,并取得了良好的工程效果和可观的经济效益,为我国含冲击地压易燃特厚煤层的开采提供借鉴。     

用突变理论预测地下采场冲击地压发生的可能性

冲击地压是地下采场中破坏最为严重的一种地压现象，本文试用突变理论对冲击地压发生的可能性进行预测，结合两市镇石膏矿现场实例进行分析，取得了良好的效果。预测结果表明，该矿采场不会发生冲击地压，采用的采矿工艺是可行的。