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...     

采动诱发断层活化的微震活动规律研究

研究了采动诱发断层活化过程,提出了断层活化过程的4个阶段;结合现场微震监测,分析了微震平面分布、能量与频次随工作面推进度的变化规律以及断层区域微震信号波形特征。研究结果表明:断层活化过程释放能量较大,围岩弹性粘滑振荡过程是能量释放的最主要阶段,围岩塑性粘滑失效过程中产生震动的频次低、能量小,为弹性能积累阶段,微震信号呈持续时间长、频率低、振幅小、衰减慢的波形特征。研究成果为受断层影响的矿井评价断层危险性与预测断层活化导致的冲击矿压提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

我国煤矿冲击地压防治现状与难题

随着煤矿开采强度和深度的增加,冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加,政府关注度不断上升,我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展,冲击地压矿井防治能力取得长足的进步,多数冲击地压矿井达到事故可控.基于冲击地压重要研究成果,全面地阐述了冲击地压领域在法规建设、发生机理、监测预警等方面研究进展与发展趋势,同时指明了未来冲...     

深埋复杂不规则孤岛工作面冲击矿压机制研究

为研究大埋深下不规则孤岛工作面开采对冲击矿压的影响,基于覆岩空间结构理论,分析了某矿3112孤岛工作面覆岩结构及其大尺度破断运动对工作面煤岩体的影响,并根据掘进期间微震监测对孤岛面的回采进行冲击危险的动态评价。通过理论分析与数值模拟,从煤岩体静载应力和动态破坏2方面分析孤岛煤柱诱冲机制。基于能量守恒定律,研究了主关键层破断瞬间覆岩稳定性和能量释放、转化过程,主关键层的破断运动对工作面矿压显现影响剧烈。数值计算分析了不同开采尺度对孤岛面冲击的影响,随着开采尺度的增大,煤体的静载应力峰值逐渐升高并接近临界应力,冲击危险程度升高。最后基于动静载组合诱发孤岛煤柱冲击机制,探讨了孤岛面冲击矿压防治措施。现场实践表明,钻孔卸压和顶板预裂爆破有效地控制了高能量震动事件的产生。     

煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

冲击危险区卸压减震开采机理的相似模拟

为了提高冲击危险煤层的开采安全和生产效率,研究了冲击危险性煤层卸压减震的解放开采机理。依据相似理论,以济宁三号煤矿十二采区地质开采条件为基础,进行了解放层开采的相似材料模拟试验研究。试验结果表明:解放开采对被解放层及其上下方岩体的应力集中水平及能量积聚程度均在一定程度上得到弱化;解放层下方煤岩层向采空区膨胀变形,形成解放带,解放层上覆顶板垮落压实后,对被解放层变形、破坏有所减缓;解放层采空区形成人造"松散破碎弱结构",可充分吸收顶板震源能量,对下方煤层开采起到了减震解放作用。这一机理在冲击矿压防治工程实践中得到了验证。     

矿井微震Z值同应力和声发射的耦合关系

华亭煤业砚北煤矿由于采深较大,冲击矿压发生的频率很高。近年来开始使用SOS微震监测系统、CRMS应力在线监测系统以及声发射系统对冲击矿压进行监测和预报。通过分析砚北矿250204工作面微震活动、应力以及声发射的原始记录数据,研究了开采过程中几次典型冲击下三者之间的耦合关系,进而根据三者数据之间的曲线图趋势,提出了几种可行的耦合模式。特别是使用了微震分析指标Z-MAP统计值作为一个参量来进行分析,更加直观地反映了微震发生的概率大小,同应力和声发射数据有着很好的对应关系,从而为砚北煤矿的矿压观测提供了更好的理论依据。     

特厚煤层巷道掘巷支护防冲研究

针对华亭砚北煤矿2502采区250203上工作面掘进期间大能量事件频繁发生,提出以围岩的强弱强结构控制机理为基础,从能量的角度分析了防治巷道型冲击的方法.本文通过FIAC3D有限元软件对250203上材料巷建模,研究了锚杆、锚索各参数不同时对巷道围岩变形控制的影响,确定了较好的支护参数.提出一种加强支护保护区小结构强度的锚杆支护方案,为该矿厚煤层掘巷期间防止巷道型冲击提供了一些思路.     

综放面覆岩运动诱发冲击矿压机制研究

 基于砌体梁理论提出综放面覆岩运动的双向发展模式,分析综放面冲击矿压的能量来源和力源,利用微震监测技术对综放面覆岩运动的矿震效应进行监测。结果表明：覆岩运动的矿震活动呈周期性,冲击发生前矿震能量持续增大,冲击发生时达最大值,之后产生突降;冲击发生前,矿震频次先增大后有一定程度减小,冲击发生在频次下降沿,之后急剧下降;平均标高能够反映覆岩运动的空间形态,冲击发生前,平均标高逐渐增大,冲击发生或临近发生时,达到最大值,之后产生突降;矿震活动周期内,矿震空间分布先逐渐向上层位发展,冲击发生前,矿震空间分布达到最大值,工作面近距离岩层矿震活动强烈。指出综放面冲击矿压主要发生在覆岩运动下发展过程,可通过覆岩运动上发展过程的监测预防冲击矿压。     

煤矿冲击矿压动静载的“应力场–震动波场”监测预警技术

为提高煤矿冲击矿压监测预警的针对性与准确性,基于煤岩破坏的不同裂隙发展阶段与微震、应力、声电等参量响应的关系,建立煤岩冲击破坏的多信息归一化预警力学模型,并将冲击矿压危险分为无、弱、中等与强4个等级。提出动静载叠加诱发冲击矿压的原理,结合弹性波CT成像技术与煤岩震动的微震采集,提出定期反演空间应力场(静载)的"震动波CT"预警方法,选取震动波波速异常和波速梯度异常作为预警指标;基于微震监测,分别构建了时间与空间序列的冲击变形能指数,提出短临预测时空震动场(动载)的"冲击变形能"预警方法;以此,形成了基于时空架构的冲击矿压"应力场–震动波场"综合监测预警技术。该技术在义马矿区和大屯矿区等开展工程应用,实现了冲击矿压危险的时间与空间、定期与短临相结合的分期分级预警,综合预测准确率达到了80%以上。