矿井SOS微震监测网络优化设计及震源定位误差数值分析

提出了微震监测网络优化设计的5条一般性原则和运用Powell算法求解定位误差的方法。以平顶山十一矿SOS微震台网的优化布置方案为例,进行了定位误差数值计算,结果表明,定位误差保持在小于50m的水平,能够较准确地提供震源的基本信息和确定冲击危险的局部重点监测区域,表明对该矿微震监测台网的设计能够满足当前开采布局的要求,为下一步矿震活动规律监测和冲击危险的预测预报奠定了基础。     

组合煤岩冲击破坏电磁辐射规律研究

大量理论研究和物理试验已经证实煤岩变形破裂过程中会产生宽频带的电磁辐射信号,因此研究坚硬顶板–煤体–底板所构成的组合煤岩变形破裂电磁辐射规律对于预测预报煤岩动力灾害具有重要的意义。采用MTS815伺服加载以及Disp–24声电测试系统对组合煤岩变形破裂所产生的电磁辐射及声发射信号进行了测定,试验结果表明,试样在发生冲击破坏前,电磁辐射强度呈小幅度上升的波动趋势,且冲击破坏前兆会产生突变;而声发射信号计数率在试样冲击破坏时将急剧增加并达到最大值,随后产生突降。电磁辐射与声发射信号峰值位置出现的时间并不同步,电磁辐射信号的最大值出现在试样变形破坏的峰后阶段,而声发射信号的最大值位置则出现在试样的峰值强度处。电磁辐射信号出现峰值时声发射相对较弱,且声发射信号出现峰值时其电磁辐射强度也相对较弱。依此规律,可以对冲击矿压的危险性进行正确地评价和预测预报。     

煤岩冲击前兆微震频谱演变规律的试验 与实证研究

冲击矿压造成煤矿巷道及开采空间的破坏,其主要原因是冲击震源产生的振动波传递并扰动处于极限应力状态的煤岩体而诱发能量的突然释放.微震监测技术通过反映煤岩体变形破裂释放的能量以及频谱特征而实现冲击矿压的监测预报,其前兆信息研究是识别冲击矿压危险程度的关键.利用TDS–6微震采集系统测试三河尖煤矿组合煤岩试样变形破裂直至冲击破坏全过程的微震信号,发现在循环加载的后期,冲击前兆微震信号的低频成分增加,频谱向低频段移动,振幅较低,而试样冲击破坏诱发主震信号的高频成分增多,且振幅达到最大值.现场冲击矿压监测表明,前兆微震信号频谱中低频成分增加,且振幅开始逐渐上升.当冲击矿压发生时,主震信号的振幅达到最大值,频谱相对于前兆信号而言,高频成分明显增多.由此,微震信号的频谱向低频段移动,且振幅逐渐增加可以作为冲击矿压发生的一个前兆信息,这一结论对于利用微震监测系统监测预报冲击矿压具有一定的借鉴意义.     

煤岩体的强度弱化减冲理论

冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程,当煤岩体中所积聚的弹性应变能达到其极限冲击能时,就可能发生冲击矿压.煤岩体的强度弱化减冲理论,就是在强冲击危险区域,采取松散煤岩体方式,降低强度和冲击倾向性,使得应力高峰区向岩体深部转移,并降低应力集中程度,从而使发生冲击矿压的强度降低,这样煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能,因此可防治冲击矿压的发生.煤岩体的强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的证明.     

顶板岩层对冲击矿压的影响规律研究

采用模拟试验方法研究了顶板岩层对煤体应力状态的影响,并根据震动能量对煤体的破坏效应和在岩体中的传播衰减规律,从能量角度分析了煤层上方不同厚度和强度的顶板岩层对煤体冲击的影响程度.结果表明,顶板释放的能量与岩层强度呈对数关系、与顶板厚度呈指数关系,坚硬、厚层顶板岩层会对煤体产生更为强烈的扰动,使冲击矿压危险性明显升高.另外,具有一定厚度和强度且距离煤层较近的老顶岩层运动产生的冲击载荷对煤体的影响作用较大.某矿一个工作面的冲击矿压防治工程实践表明,对该煤层上方的顶板岩层实施爆破弱化处理技术措施后,可有效降低工作面回采过程中的冲击危险性.     

工作面风巷变向区冲击地压频发原因分析

基于某矿综二面风巷变向点附近的地质条件和开采技术条件,分析了该区域冲击地压频发的原因,可为后续工作面制定针对性防冲措施提供理论依据,保证工作面安全回采。     

采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理

根据断层滑移失稳与煤岩冲击矿压的关系,建立了断层滑移诱发煤岩冲击的黏滑-黏弹脆性体突变模型。以山东济三煤矿6303工作面地质资料为背景,采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对顶板运动的影响。研究结果表明：断层滑移诱发煤岩冲击分为两种力学机制,一是在断层活动条件下“断层滑移失稳动态诱发冲击矿压机理”;二是在断层相对稳定条件下“断层滑移稳态诱发冲击矿压机理”。断层滑移失稳动态诱发冲击矿压与断层滑移稳态诱发冲击矿压相比,更容易发生冲击矿压,且释放能量更多。断层滑移速度与工作面推进速度、工作面距断层距离、断层面力学性质、断层正压力和开采深度有关。工作面无论是由断层下盘还是由断层上盘向断层推进,工作面距断层越近,断层滑移量、滑移速度越大。工作面由断层下盘向断层推进时断层滑移量、滑移速度远大于工作面由上盘向断层推进时的,发生断层冲击矿压的危险性就越高。     

孤岛型边角煤柱工作面反弧形覆岩结构诱冲机理及其控制

为有效控制边角煤柱回收过程的冲击矿压灾害,根据三侧采空的孤岛型边角煤柱特点,采用理论分析和数值模拟方法,分析了上覆岩层结构特征及诱冲机理及其控制措施.研究得出：三侧采空的孤岛型边角煤柱工作面具有“T”形与“Γ" 形结构组成的反弧形覆岩结构,该结构使煤柱形成一环绕工作面的反弧形高应力和弹性能积聚区;回采过程中,“Γ" 形悬顶的周期性运动导致反弧形覆岩结构处于动态变化过程,动静应力综合作用对煤体稳定状态造成影响,是诱发冲击矿压的主要原因;提出了对沿空巷道实体煤侧实施卸压弱化、对窄煤柱侧实施支护强化的非对称控制对策,降低反弧形覆岩结构的影响,控制冲击危险。     

深部复杂地质条件下矿井冲击地压分析及防治

针对深部复杂地质条件矿井开采过程中的动压显现问题,采用综合指数法确定出赵楼煤矿首采1302工作面具有强(偏中等)冲击危险性,冲击危险指数为0.79.通过对赵楼煤矿1302工作面地质及生产技术条件的分析,得出煤层开采深度、煤层的强冲击倾向性、坚硬顶板、岩浆岩侵入和断层等地质构造是影响冲击的主要因素.基于此,对该工作面划分了5个重点防冲区域,并提出了巷道底板钻孔、底板爆破、煤体钻孔、煤体爆破及顶板爆破预裂等防冲措施.工程实践表明:通过先期对冲击危险区域进行科学分析,并在生产过程中及时实施防冲措施,将有效降低深部复杂地质条件下煤层开采过程中的冲击危险性.     

矿震动载对围岩的冲击破坏效应

分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿震震源的震动位移场和能量辐射特征的综合影响。矿震动载传播至采场或巷道围岩时,分别与煤岩系统的静态应力（能量）场进行能量标量和应力矢量叠加。矿震动载的能量叠加可使煤岩系统聚集的能量增加,而应力叠加使系统内煤体变形破坏做功所消耗的能量减小,从而使系统聚集和消耗的“差能”增加。系统可释放的“差能”越多,煤体失稳的可能性越大,当动静载组合作用下煤岩系统同时满足冲击矿压发生的能量和刚度条件时,煤层发生动态冲击破坏。