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。     

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。     

岩土介质中冲击震动波传播规律的微震试验研究

冲击矿压（岩爆）造成矿山巷道及开采空间的破坏,主要原因也是由于冲击震源产生的震动波传播扰动而引起的.采用TDS-6微震信号数据采集试验系统,通过地面不同场地介质进行的微震试验,得到沿传播距离各个拾震器位置的能量变化曲线,并对比分析不同场地介质中冲击震动波传播能量衰减指数的差异.试验结果表明,岩土介质中冲击震动能量沿传播距离呈乘幂关系衰减.能量衰减指数（ 在完整坚硬致密介质中很小,而在松散软弱孔隙介质中明显增大,而且能量初始衰减很快,到一定距离后则变得非常微弱.这些结论为进一步研究巷道围岩冲击震动破坏机制、巷道围岩防冲抗震的强弱强结构控制原理等奠定理论基础.     

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.     

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。     

遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

煤层冲击倾向性试验数据分析系统的编制与应用

煤岩冲击倾向性是煤岩的固有属性,是决定其产生冲击破坏的能力和发生冲击矿压的必要条件。以WindowsXP为开发平台,以VB6.0,Microsoft Excel 2007为开发工具,利用OLE/COM技术实现对Excel的交互,编制出煤层冲击倾向性试验数据分析系统。该系统可以快速准确地分析处理煤层冲击倾向性试验数据,从而缩短煤层冲击倾向性的鉴定周期,另外生成的图表直接保存在Excel原始数据表中,以便用户根据自己的需要进行修改。该系统可以减轻用户的工作量和工作强度,提高工作效率,具有比较大的应用价值。     

含水对煤的冲击倾向性影响实验室测定

试验选取了义马千秋煤矿2#主采煤层煤样,通过对不同含水状态的煤样测定,分析了水对煤的强度及冲击倾向性的影响,为煤层注水防治冲击地压提供了依据。     

组合煤岩冲击倾向性演化及声电效应的试验研究

在采掘工作面及巷道中,顶板、煤层、底板共同组成一个力学平衡系统,当这个系统受到采动的影响时,就有可能诱发煤岩体所积聚的弹性能通过弱面结构突然释放,形成冲击矿压灾害。因此,研究不同组合类型的顶板–煤样–底板组合试样的冲击倾向性演化及声电效应规律对于监测、预警冲击矿压灾害及强度弱化治理起到非常重要的指导作用。通过大量组合煤岩试样的冲击倾向性及声电效应的试验研究发现,随着煤样强度、顶板岩样强度及其厚度的增加,组合试样的冲击倾向性随之增强,且电磁辐射与声发射信号强度随着组合试样的强度、顶板岩样的高度比例以及冲击能指数的增加而增强。同时发现试样冲击破坏前,声电信号的强度达到极值,冲击破坏之后,信号强度均产生突降。上述研究成果对于指导现场冲击矿压灾害强度的弱化控制以及卸压解危效果的检验具有重要的意义。