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.     

矿山井巷掘进爆破参数优化设计及其三维可视化研究

针对矿山井下掘进爆破参数设计工作量大、二维图纸不直观等现状,开展了巷道掘进爆破参数优化设计及其三维可视化研究。首先利用粒子群优化算法与神经网络算法,建立了井巷掘进爆破参数优化设计模型,计算获得了待开挖巷道的最佳爆破参数;其次依据爆破钻孔参数及其特点,提出了爆破钻孔三维模型的参数化表征方法,形成了基于参数化的钻孔三维模型自动构建方法;最后以优化设计的爆破参数为基础,自动生成了爆破钻孔三维模型（含装药结构等细节）,实现了钻孔三维模型的旋转、缩放、图层显示等交互操作。以山东某矿为工程背景开展了相关研究,结果表明：由优化模型得出的爆破参数与成功案例爆破参数相比误差小,对比指标MAE、RMSE、R2分别为0154、0096、0914;所构建的爆破钻孔三维模型质量高,可直观描述爆破钻孔空间分布、装药结构等信息。     

微震波自动拾取与多通道联合定位优化

依托河北某煤矿的科研项目,进行了以微震波初始到时自动拾取和高精度定位为目的的研究。在采用经验模态分解（EMD）法消噪、滤波的前提下,通过改进传统滑动时窗能量法,加入边界检测因子和稳定因子约束,实现对“起跳模糊、起跳不干脆以及背景干扰过大”波形到时的准确拾取。建立多通道内微震波的联合识别体系,提出利用“到时-振幅”与“时-距差速度”判断法剔除异常波形,拾取有效微震事件。现场监测数据验证表明,以改进滑动时窗能量法拾取初始到时,可有效拾取到时不清晰波形的到时,减少因人工拾取带来的误差;通过多通道内波形的联合识别、定位,削弱“远波先至”、“到时紊乱”等异常事件的干扰,实现了对震源的高精度定位。     

基于微震监测的千米深井厚煤层综放面支架围岩关系研究

基于高精度微地震监测技术,并结合岩石力学理论进行分析,得到滕东生建煤矿3107工作面回采过程中覆岩运动规律,对千米深井厚煤层开采条件下小采宽综放工作面支架围岩关系进行了研究。结果表明,微震事件在低位岩层高密度分布,在高位岩层低密度分布;微震事件在空间和时间上的周期性分布规律与顶板岩层的周期运动过程相一致,高位岩层的断裂强迫低位岩层断裂;工作面支架围岩关系随着基本顶的周期性断裂运动存在2种情况:1)基本顶非周期来压期间,支架压力来源于厚度4.4 m的顶煤、厚度20 m的下位直接顶和部分厚度15 m的上位直接顶共同产生的静压;2)基本顶周期来压期间,支架压力来源于基本顶断裂产生的动压以及顶煤和直接顶产生的静压。动压对支架产生冲击载荷,这是工作面支架被压死的主要原因,通过提前减小顶煤放出率、减小支架控顶距等措施,可减弱动压对支架的冲击影响。     

采动影响下突出煤层地质异常区域的微震特征规律研究

煤与瓦斯突出灾害是当前威胁矿井安全生产最为严重的动力灾害之一,断层等地质异常区域极易诱发该类事故的发生。通过分析采动影响下突出煤层的断层活化力学机制,以贵州某突出矿井掘进巷道为例,利用高精度微震监测系统对掘进过程中的微震时空分布与演化规律进行了研究,分析并获得了采动范围内地质异常区域的微震响应规律。结果表明,工作面掘进期间微震事件群普遍分布于巷道周围,最远可达前方112.8 m、后方91.0 m;采动引起断层上下盘错动导致岩体内部能量的释放,是断层活化型微震活动的主要原因。通过对采动过程中影响范围内断层的实时监测发现,在与断层区域相距15 m时,该区域微震事件增加,初期以大能量震动信号为主;随着与断层距离的缩小(5m),微震事件数逐步增加到峰值,并主要聚集于断裂面周围;随着断层形成新的稳定结构,微震活动减弱并逐渐恢复平稳,这时微震事件逐渐减少直至平静。由此可以看出,采动影响下的地质异常区域存在明显的微震响应特征,这为深入分析断层控制型瓦斯突出事故发生机理,实现煤与瓦斯突出的准确预警提供了一种新的思路。     

煤矿底板潜在突水危险区微震识别研究

为提高微震数据后期分析的直观性,便于对回采过程中底板潜在突水危险区的分析与识别,利用聚类分析法对某煤矿微震事件的时空分布进行了分析,结合现场开采活动,有效区分了微震事件聚集区。通过理论计算与数值模拟获取正常采动影响下顶底板破裂高度,对比研究微震事件聚类分析结果,将该矿微震事件分布在垂直方向上划分为高位异常区、正常影响区和低位异常区。结合现场工程地质概况与涌水量资料,确定低位异常区即为底板潜在突水危险区。利用研究结果,最终构建了底板潜在突水危险区微震识别的一般模式。     

掘进面冲击地压实时无线监测预警技术

通过分析掘进面冲击地压危险区域分布特征,提出了以钻孔应力测量代替钻屑量作为掘进面冲击地压监测预警指标;对KJ615掘进面冲击地压实时监测预警系统进行了应用分析,结果表明系统能够实时监测掘进面围岩应力动态变化,实现冲击地压危险区及其危险程度实时连续监测预警;通过在矿山的现场应用试验,表明系统能够准确的预报冲击地压危险区及其危险程度,保障了高冲击地压危险掘进面的作业安全。     

深孔注浆堵水技术在矿井恢复中的应用

谷家台铁矿曾发生突水淹井事故。分析了该矿的突水机理,介绍了深孔注浆围堵突水区域技术在该矿恢复工程中的应用。针对谷家台铁矿现状,制定相应的围堵突水区域深孔注浆方案,对注浆结石体长度以及注浆参数和施工方式(注浆控制)等进行了研究。现场的试验和监测结果表明,通过深孔注浆技术有效治理了该矿的突水事故,堵水率高达99.9%,使该矿生产得以迅速恢复。     

基于微震技术的矿山地压活动监测及预警研究

针对传统微震监测系统安装复杂、监测范围有限、定位精度低、处理速度慢等问题,利用一种新型的 微震监测系统（KJ549 微震监测系统）进行了矿山动力灾害（岩爆等）监测预警研究。以山东某金矿 19 中段（-590 m）和 20 中段（-630 m）为例,结合深部地压活动现状与现场施工状况,在两个中段各布置了 6 个检波器,实现了对 整个待采区的全范围、实时、连续监测。基于高精度微震定位,实现了对微震数据的多维度展示和统计分析。同 时,结合试验现场地质与采掘活动情况,对潜在危险区域进行了圈定和危险等级划分,并提出了应对措施。研究表 明：该矿受采掘、爆破、行车等采矿活动的影响,10 号线西穿脉到 34 号线西穿脉范围内有 4 个高危险潜在区域,这 些区域应作为重点关注区域,针对高危险潜在区域,应加强监测和现场巡查,及时发现问题、解决问题。研究成果 为该矿解决了地压监测困难等实际生产问题,为矿山人员和设备提供了安全保障,并且验证了 KJ549 微震监测系 统在矿山地压监测中的适用性,对于实现矿山动力灾害监测预警具有一定的参考价值。     

Blender在“灾害学”课程教学与学生科创中的应用与实践

“灾害学”课程是防灾减灾科学与工程专业必修课,其主要目标是使学生掌握典型灾害的致灾机理、发展演化过程等。基于上述背景,以泥石流灾害场景为例,开展了典型地质灾害的可视化仿真研究。首先利用Blender软件和GIS辅助插件,搭建了典型灾害场景快速仿真与分析平台,实现了对泥石流灾害场景的快速构建;然后利用Blender中的粒子系统实现了对暴雨环境的模拟,并通过设置不同的域参量,实现了对洪涝、泥石流和滑坡等次生灾害的模拟;最后以郑州“7·20”特大暴雨为例,验证了暴雨灾害仿真的可行性。