微震和地音综合监测在冲击地压防治中的应用

在分析了微震和地音监测技术各自优势的基础上,结合ARAMIS M/E微震监测系统与ARES-5/E地音监测系统在华丰煤矿的应用效果,提出了综合微震和地音监测技术的冲击地压防治方法。理论分析表明,微震监测技术配合地音监测技术,不仅在时间上对冲击危险起到了即时预测,而且在空间上对冲击危险起到了从局部预测到区域预测的分级预测效果,还可以实现煤岩体破裂过程中能量从集聚至释放整个过程的全程监测。实践表明,ARES-5/E地音监测系统能够对冲击事件的发生起到提前预测;应用微震和地音综合监测技术,能够结合2种技术的优势,在冲击地压的防治中取得效果。     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

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。     

微震监测技术在矿井水害防治中的研究进展

微震监测技术在矿井水害防治和预测预报中,已成为不可或缺的一种技术手段,对于确保矿山安全生产发挥了重要作用。微震监测技术作为一种间接、无损、实时、连续的地球物理方法,已经被写入《煤矿防治水细则》（2018版）。首先阐述了微震监测技术在矿井水害防治中的应用原理;然后讨论了微震探查地下水强径流带、导水通道（裂隙、断层和陷落柱）、突水通道、浆液扩散过程和采空区未知水体突水的可行性及预测预报规律,通过将人工扰动（如井下钻孔放水、注浆、采掘等）过程中产生的微震事件与音频电透视、瞬变电磁、应力场、瓦斯监测、钻屑量、声电磁、渗流、岩石损伤等场理论进行多场耦合分析和相互验证,分析了对矿井水害进行主动监测和预测预报的可行性;最后对现阶段微震监测技术在矿井水害防治方面的优势和局限性进行了分析,认为科学布置监测网络,优化定位算法,准确分析煤、岩、水活动规律,实现多场耦合,研究煤岩体微震活动性前兆规律,是微震监测技术在矿井水害防治领域的应用研究趋势。     

冲击地压危险源层次化辨识理论研究

 采用理论分析并结合现场案例,指出冲击地压发生前存在潜在危险源,并将广义危险源概念引入冲击地压监测中,定义冲击地压能量积聚至破坏启动的区域为冲击地压危险源,进一步分析冲击地压危险源具有触发因素、潜在危险性和发展趋势3个要素,指出一切冲击地压监测的统一目标为及时、准确地辨识到冲击地压危险源。对冲击地压危险源产生的时空状态进行分析,为不产生盲区,提出对冲击地压危险源进行时空上的层次化辨识,并且建立理论应用模型,在华丰煤矿分别选用微震监测技术、地音监测技术和煤体应力监测技术,分井田范围、工作面范围和局部危险点进行全矿井冲击地压危险源辨识。实践证明该理论可提高现场监测效率、并有效指导现场对于冲击地压显现的预测。     

深部高应力区采矿研究综述

进入深部的高应力区采矿是未来几十年内我国矿业发展的必然趋势.阐述了南非、加拿大、澳大利亚、波兰、印度和智利等国的深部高应力区采矿的研究现状,介绍了对高应力区诱发的岩爆等地质灾害的破坏机理、预防预测、支护控制等的最近的研究成果,并提出了未来我国矿山的主要发展方向,为我国硬岩矿山探索和研究深部高应力区的采矿技术与灾害预测、控制理论和确保矿山的安全生产打下了基础.     

基于微震信号多重分形特征的岩石边坡变形预警研究

依托白鹤滩水电站左岸岩石边坡工程,引入多重分形去趋势波动分析法(MF-DFA)估算微震波形多重分形谱,以岩石破裂微震波形多重分形时变响应特征为基础,揭示岩石边坡变形预警信号。研究表明,左岸边坡岩石微破裂与爆破振动波形多重分形特征明显,且爆破振动波形多重分形谱宽度远大于岩石微破裂波形多重分形谱宽度。边坡裂缝增大前,岩石微破裂波形多重分形时变响应特征表现出很强的规律性,可作为变形预警信号,即:岩体在发生变形破坏前,多重分形谱宽度△α呈现增大趋势,微震波形多重分形谱△f(α)呈现减小趋势,可视为变形预警前兆信号;发生变形破坏时,△α呈现减小趋势,△f(α)呈现增大趋势,可视为变形破坏期;发生变形破坏后,△α和△f(α)均呈现平稳趋势,△f(α)整体将处于零线附近,可视为稳定期。     

循环剪切作用下泥质软岩本构模型研究

库区微震频发现象使泥质软岩受循环剪切动力作用。基于分数阶西原模型,将Able黏壶进行改进,获得相应条件下的本构模型,并通过泥质软岩试样循环剪切试验对该本构模型进行了验证。研究表明:①原有分数阶西原本构模型可归纳为本模型正弦函数(循环作用)为零时的特殊解;②模型表现出较好的适用性(R²∈(0.96,0.98)),且方程曲线具备试验曲线的“单双拐点”特征;③模型主要影响因素为分数阶阶数n,其中稳定型方程n∈(0,0.6)、破坏型方程n∈(0.6,1.0);④随n的增加,抗剪模量G与黏滞系数η大致呈现降低趋势,可较好反映宏观现象;⑤从参数扰动的角度解释了以往文献出现的η随n增加可能表现出的无规律波动现象。研究成果可为微震条件下含泥质软岩边坡长期稳定性控制提供理论参考。     

煤层超高压定点水力压裂防冲试验研究

针对国内外没有成熟的区域主动防冲技术的现状,介绍了一种采用超高压定点压裂煤层形成区域性低应力区,从而为快速掘进和回采创造条件的新技术。现场试验在采深1000 m的山东省华丰煤矿进行,采用微地震监测煤岩体破裂、应力动态实时监测系统监测煤岩体应力变化和压力传感器监测管路压力,实现试验全过程监测。试验得到的主要结论如下:1压裂的压力达到24 MPa并持续11 s之后,煤体产生初次破裂,持续13 min后压裂半径达到8 m;2压裂过程中压裂点附近煤体应力动态为:管路加压后距离压裂点9.5 m的煤层内应力值明显升高—煤体产生破裂并产生微震—管路压力骤降—测点应力趋于稳定;3压裂过程中将煤体切割成了近似6.2 m×8.0 m×6.2 m的长方体,同时随着大量水的注入有效降低了煤体的冲击倾向性;4试验证明定点压裂能够实现"转移应力、弱化煤体和降低蓄能"的防冲机理。