山东金青顶矿区深部矿体开采诱发微震活动分析

随着金青顶矿区开采深度的增加,地应力值逐渐增大,造成巷道围岩破坏越来越严重,且具有一定的岩爆倾向性。为进一步探究金青顶矿区深部开采诱发岩体破裂失稳规律,在金青顶矿区深部建立矿山微震监测系统,连续实时采集井下微震活动信息,对-825 m中段Ⅴ号矿体11#试验采场开采活动进行连续监测,重点分析开采扰动下岩体破裂前累计视体积、能量指数和施密特数等微震参数的变化特征,得出当前矿体整体损伤程度较小,岩体破裂主要是由岩体开挖以及爆破振动引起。     

无底柱分段崩落采矿法地压显现规律数值模拟分析

夏甸金矿主要采用无底柱分段崩落采矿法对厚大矿体进行开采,随着开采深度增加,采场地压逐渐增大,且矿岩属性较易因开采扰动发生次生应力场变化,导致地压灾害产生。基于Flac^3D软件对深部采场地压活动进行数值模拟,分析采场地压变化规律。数值模拟结果表明：无底柱分段崩落采矿法采场回采进路中顶底板水平应力较大,两帮垂直应力较大;在靠近回采工作面处的顶板中水平应力出现集中;相邻进路之间应力会出现转移。回采过程中需要对采场顶板进行水平应力监测,回采进路时要注意对相邻进路进行应力监测。     

基于上覆巷道保护的下伏煤层安全回采

针对千米深井下伏煤层回采需保证上覆巷道稳定性的问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的方法,研究了下伏煤层开采过程中上覆岩层巷道变形破坏类型、破坏机理和防治办法。通过对开采条件和开采形成的覆岩空间结构的研究,得到了走向和倾向方向上的巷道变形破坏规律;通过研究下伏工作面不同开采阶段、不同充填率条件对上覆巷道的采动影响,得到了巷道变形破坏的应力演化规律。结果表明:千米深井下伏煤层开采,上覆巷道潜在的变形破坏类型主要有两种,一是巷道断面缩减型破坏,二是巷道走向阶梯下沉型破坏。上覆巷道变形破坏的根本原因是大埋深、强采动应力,特别是下伏煤层距上覆巷道较近且距离不均等的影响,直接原因是采动造成的巷道围岩应力突增及关键岩层的破断下沉。开采过程中,工作面走向开采范围超过400 m时,巷道断面缩减型破坏和走向阶梯下沉型破坏会相互叠加,诱发更大的巷道破坏。为控制这两种巷道的潜在破坏类型,设计了沿工作面下部巷道动态部分充填和巷道补强支护方案,通过现场实测发现上述方案能够满足上覆巷道稳定性和下伏工作面高效高产的要求,研究结果和控制方案可为千米深井巷道下压煤的安全回采提供一定的借鉴。      

近距离开采巷道矿压及覆岩运动规律研究

以光道矿为研究背景,利用数值模拟软件对煤层与采空区交接应力分布及底板应力分布进行模拟分析,确定了下煤层巷道合理布置位置,同时通过对上工作面不同回采范围下煤层巷道变形进行分析,发现当上煤层工作面回采距离为0～60 m的范围时,下煤层巷道变形量最大,而当工作面回采大于60 m时,巷道变形量较小,巷道较为稳定。     

深井开采微震活动容量维D_f变化特征

根据会泽铅锌矿复杂地质状况,建立了一套24通道全数字微震监测系统,对深部岩体开采诱发微震事件进行监测,得到岩体随开采过程诱发微震事件的参数,包括b值、震级和事件数等.推导出b值与容量维Df之间的关系式为Df=2b,分析了容量维Df随时间变化和采场垮冒的关系.分析结果显示:岩体失稳破坏和Df值变化密切相关.随着开采扰动变化,由应力集中引起局部岩体裂纹压密、萌生和扩展,Df表现为增加后保持相对平静的现象,表明岩体裂纹的粗糙度在增加;一旦岩体破坏引发动力灾害,Df值急剧下降,表明岩体裂纹的粗糙度在降低,岩体破坏加速;结合现场实践,分析得出Df值越小,发生岩体破坏的概率越大.     

大宝山矿32通道微震监测系统及其应用研究

针对大宝山矿采空区不稳定,部分采场层面发生了不同程度的岩体塌方事件,矿山建立了一套具有地震学定量分析和可视化解释功能的数字化32通道微震监测系统.文章介绍微震监测系统的组成和性能,以及地震波形辩识和分析方法.通过对众多事件波形进行聚类研究,以采场塌方事件实例分析证明了,微震事件是岩石破裂失稳的重要因素,为今后分类保存监测事件和采矿过程中地下采空区岩体的应力状态及变化规律研究奠定了基础,通过对监测数据的科学分析处理及预警技术研究,确保采场的安全生产.     

深部地压条件下采场开采过程微震活动规律研究

针对红透山矿岩爆灾害日趋严重的问题,建立深部采场微震监测系统,对开采过程中微震时空活动规律进行了分析,并采用定量统计学参数分析,着重讨论了采场应力、变形分布规律。微震事件的能量指数可以反映视应力σA的大小,进一步反映微震发生区域内的应力水平。随着开采进行,27采场应力位移逐渐增大,开采至第七分层时,围岩应力集中程度得到缓解,位移明显增大,说明采场劣化现象严重,应谨防采场内部落石伤人,建议采取必要的支护措施。通过能量指数和位移分布云图,可以对岩体发生灾害的潜在危险区域进行判断,指导矿山支护管理,保证矿山安全高效生产。     

矿井沿空掘巷瓦斯分布规律分析

主要通过运用FLAC3D软件对某矿的沿空采动煤体进行数值模拟分析,回采工作面开采完后,煤体受采动影响,煤体发生应力变化,在距沿采空煤壁面8～15 m之间,煤体产生塑性破坏的区域。数值模拟分析得出,瓦斯压力在煤体内距沿空煤壁大约11 m处呈现出明显下降趋势。     

大采高开采覆岩结构及运动特征数值分析

以山西某煤矿15302工作面为研究对象,采用FLAC3D数值模拟软件,建立数值计算模型,通过计算机模拟研究表明,工作面超前支承压力与工作面位置的远近成反比关系,同时开采时沿倾向工作面前方煤体的塑性区宽度基本一致,同时工作面顶底板煤岩存在严重的拉破坏和剪切破坏,工作面两侧的煤壁前方处于塑性破坏区域分布范围达15 m,而且与工作面中部的煤岩屈服破坏情况相反,顶板的破坏范围比底板和煤层的范围要大。对指导大采高工作面矿压显现规律及控制的研究具有现实指导意义,同时对其他类似条件的矿区具有重要的参考价值。     

两翼工作面采动影响下采区大巷围岩变形破坏特征

与单翼采区相比,两翼工作面开采能提高煤炭资源开采效率和巷道利用率,然而两翼工作面先后回采对采区大巷具有多次采动影响,易导致采区大巷围岩变形加剧,甚至破裂。本文通过数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究了内蒙古利民煤矿I0309采区大巷在两翼工作面顺序采动影响下的应力分布及变化特征,分析了采区大巷围岩大变形机理,确定了I030901工作面停采线合理位置,研究结果对两翼工作面开采采区大巷的稳定维护具有重要的参考价值。     

近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术

为探究近距离煤层工作面煤柱合理留设宽度以及回采巷道围岩控制技术,以回坡底煤矿近距离煤层开采为工程背景,通过数值模拟、理论分析、现场实践等技术手段对不同宽度条件下煤柱破坏演化过程、影响因素、底板破坏范围以及11号煤层回采巷道围岩控制技术进行了深入研究。研究结果表明:(1)煤柱在预留煤柱时期、区段煤柱时期、保护煤柱时期、孤岛煤柱时期四个阶段过程中,煤柱破坏范围逐渐增大;煤柱弹性核占比均随煤柱宽度的增加而增加,本煤层回采巷道随煤柱宽度的增加从非对称性破坏逐渐演化为对称性破坏。煤柱破坏宽度与煤层倾角、黏聚力、煤柱宽度、内摩擦角和泊松比等因素成反比关系,只与埋深成正比关系。(2)随着煤柱宽度增大,煤柱底板破坏宽度与深度会发生变化,且底板破坏集中在煤柱边缘侧,煤柱正下方底板破坏区域较小。(3)煤柱应力集中作用致底板下方最大主应力发生偏转,底板任意一点与煤柱中心线的距离越大,最大主应力偏转角度越小;随着11号煤层巷道与煤柱边缘距离的增大,巷道围岩塑性区由倾斜的“X”形分布转变为倾斜的“8”形分布,再转化为倾斜的“O”形分布,最终转化为椭圆形分布;离煤柱距离较近时,巷道往往出现非对称性破坏,支护也要采取非对称支护形式。      

一维卷积神经网络特征提取下微震能级时序预测

微震能级随时间发生变化,高能级微震事件与冲击地压有良好的对应关系,为预测矿山微震能量时序变化,基于一维卷积神经网络（Convolutional neural networks,CNN）,建立微震能级时间序列预测模型;通过模型训练,实现以前十次微震事件的能量级别作为输入来预测下一次微震事件的能量级别。由于微震样本数据类间不平衡问题,导致模型测试时将106能量级别的微震事件全部判断为105能量级别的微震事件,为进一步提高模型对106能级微震事件预测的准确率,对模型进行改进并使用混合采样方法训练改进后的模型;利用砚北煤矿250202工作面微震能级实测部分数据,改进后模型的总体测试正确率达到98.4%,其中106能量级别的微震事件测试正确率提升到99%。将模型应用于砚北煤矿250202工作面进行微震能级时序预测,模型的预测正确率整体达到93.5%,且对高能级微震事件的预测正确率接近100%。      

动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征

以冬瓜山铜矿井下900 m深处的出矿巷道作为研究对象,基于“隔一采一充一”阶段凿岩、分段崩落的回采方案,利用FLAC^3D数值模拟软件研究了静动态开挖过程中出矿巷道围岩的变形特征。模拟相关岩体力学参数由三轴压缩及频繁冲击扰动试验数据折减获得,采用Mohr-Coulomb模型进行静态开挖分析,结合Strain-Softening模型进行动态扰动影响模拟分析。研究结果表明：爆破产生的扰动促使围岩变形加剧,但不会改变静态开挖时围岩变形演化的规律;开挖时巷道周边产生应力卸荷现象,且顶板出现拉应力,靠近采场巷道两帮应力离散性大,造成顶板易产生拉伸破坏,靠近采场巷道两帮易发生片帮;结合深部出矿巷道实际稳定情况,推测巷道顶板及靠近采场部位易产生破坏,需加强支护,其余部位稳定性相对较好。     

基于区域性微震活动的深部采场稳定性分析

红透山铜矿是我国开采深度最大的金属矿山之一,地压问题突出。为分析深部采场稳定性和预防围岩破坏,在红透山铜矿-707中段47采场建立了中科微震高精度微震监测系统,经人工爆破检验,在采场多空区条件下系统定位精度满足矿山生产要求。实时监测结果表明：（1）采场围岩应力调整较快,大型爆破后未发生微震活动明显增加的情况,小爆破和出矿活动等现场作业与微震活动具有正相关性;（2）47采场开采过程中微震活跃区主要位于3502川、出矿口、-707主巷道和采场内部靠近通风井2等附近,现场踏勘发现,前3个区域在不同程度上存在明显的动力型破坏情况,与监测结果相符;（3）按区域进行围岩稳定性分析,有利于探究微震活动与大型爆破、小爆破和出矿活动等现场作业的关系,分析围岩破坏主导因素。     

矿山微地震活动时空分布

利用最短距离聚类法对某矿山微地震活动的时空分布进行了分析,结合现场采掘计划,有效识别了井下地压活动区.通过建立各活动区内微震参数时间序列曲线,研究了局部围岩的应力变形规律,探讨了岩体失稳的前兆规律.结果表明:研究期间井下各微震聚集区相互孤立,采掘活动不会引起大范围的地压活动;微震累计事件数及累计能量时间序列曲线出现由平静突然增大时表征了岩体内累积应变能的突然释放,预示围岩稳定性的劣化.根据研究结果,最终建立了基于微震监测技术井下岩体稳定性研究的一般模式.      

董东矿沿空留巷切顶卸压对底板受力影响分析

以董东矿50107工作面为研究对象,通过数值模拟软件FLAC3D建立模型,对比分析窄矿柱、宽矿柱以及切顶沿空留巷情况下围岩及底板受力特征,确定切顶沿空留巷切顶对围岩的卸压作用。对比分析围岩受力情况,表明切顶沿空留巷卸压效果比较明显,对比分析围岩塑性区的底板破坏深度,表明有利于切顶沿空留巷卸压效果明显,切顶沿空留巷有很好的卸压效果,有利于矿山巷道围岩控制。     

平煤十矿地应力测量及其应用

平煤十矿采用三维套孔应力解除地应力测量技术和具有温度补偿功能的空心包体应变计,完成了矿区6个水平、11个测点的现场地应力实测,最大测点深度达到1123 m.这是我国煤矿首次采用应力解除法进行系统的矿区地应力测量并且测量深度超1100 m.通过测量获得了矿区11个测点的三维地应力状态,揭示了矿区地应力场的分布规律,建立了矿区地应力场模型.针对平煤十矿是我国典型的高瓦斯矿井、深部采矿存在引发煤(岩)爆和瓦斯爆炸的高危险性,本文提出:根据实测地应力数据,采用数值模拟技术,定量计算开挖扰动引起的开采煤层和围岩中能量聚集状况及其随采矿过程的变化规律,借助地震学的知识,根据能量聚集状态对未来开采可能引发煤(岩)爆的时间、地点和震级进行预测.      

基于矩张量反演的矿山突水孕育过程

为实现矿山突水孕育过程中岩石破裂事件的有效分析,利用河北矾山磷矿所监测的异常微震事件,引入基于数字地震学的矩张量反演方法.矿井尺度的震动位移场可表示为矩张量与格林函数的时间褶积.通过提取微震事件位移场资料,并计算格林函数(震源至传感器之间传播介质的脉冲响应),线性反演了微震事件的矩张量,并利用微震事件的破裂方位判别了其破裂类型.随后建立微震监测三维效果图,拟合出岩石破裂面发展趋势,并初步确定了突水危险区域范围.研究表明,矩张量反演方法能够计算出微震事件震源机制解,可有效反映矿山突水孕育过程中岩石破裂的形成过程及发展趋势.