基于微震监测的九龙矿底板突水预测

煤层底板突水是危害矿井安全的一个重要灾害问题之一,为了煤矿的安全生产,现利用微震监测技术进行煤矿底板突水预测,为其提供较精准的预测信息,以九龙矿15449S工作面开采过程为背景,运用微震监测技术对九龙矿15449S工作面底板进行了监测。监测结果表明:九龙矿15449S工作面底板的整体趋于稳定,微震事件主要分布在了工作面隐性裂隙带区域、水仓施工扰动区域、深部奥灰事件区域、突水预警区域、奥灰径流带区域5个区域。其中隐性裂隙带的存在,导致工作面涌水量不断升高,对回采工作造成了困难;深部奥灰事件反映了地下水流场的变化,为突水预警提供了依据,且在其他工作面突水前的14 d内,在微震监测区域已经监测到异常;发现异常区域与奥灰径流带导通,并在工作面逐渐逼近的过程中趋于活跃,极有可能使隐伏构造活化为导水通道,应作为重点防治水地段。该成果可为九龙矿安全开采提供技术支撑。

浅析煤层顶底板突水成因及影响因素

为防止煤层底板突水事故的发生,保障井下人员生命安全以及维护井下采煤设备,本文对煤层底板突水成因及影响因素进行了分析总结,对从源头上治理煤层底板突水具有重要意义。根据矿井突水的性质,得出矿井突水中以断层突水最为严重,约占突水事故的80%。当矿井突水的发生无可避免时,需要对生产工艺进行优化,同时加强安全管理,最大程度地减轻人员伤亡及财产损失。

基于层状岩体渗流失稳条件的煤矿突水机理

利用分离变量法进行了层状岩体Forcheimer型非Darcy渗流系统的稳定性分析,从非线性动力学系统结构失稳的视角揭示了煤矿突水的机理.研究表明:矿井突水是由岩层的厚度、渗透特性、渗流液体的力学性质及边界压力共同决定的;当渗流系统的控制参量与边界压力满足一定的条件时,此系统失去稳定性,并引发突水灾害;当某岩层的渗透率比其他岩层低一个量级,而非Darcy流β因子比其他岩层高两个量级时,该岩层为渗流系统的关键层,其渗透特性对系统的稳定性起支配作用.

翟镇煤矿下组煤开采底板突水危险性评价

为了安全开采翟镇煤矿下组煤,利用多元信息复合方法,对煤层开采底板突水危险性进行了评价。利用Surfer的多元信息复合功能,综合考虑多种因素,对突水系数法进行了修改,构建了适合本矿井的突水指数模型。利用该模型,以11煤为例对全井田开采危险性进行了分区,分为突水危险区、较危险区和安全区。结果表明:底板突水是多种因素共同作用的结果,底板承压含水层的富水性起决定性作用,地质构造起控制作用,水压力、采矿压力是动力条件,隔水层起制约作用。利用分区结果,指导矿井下组煤安全开采。

突水系数法分析预测煤层底板突水危险性的探讨

为了预测煤矿深部带压开采奥灰突水危险性,合理划分危安区。研究了华北型煤田特征、模拟试验及相关资料,对以往突水系数公式进行了综合分析对比,在此基础上,提出突水系数修正公式,并对高家塔煤矿9号煤层带压开采奥灰突水危险性及危安区进行了预测、划分。结果表明：突水系数可由0.043~0.091 MPa/m修正为0.067~0.127 MPa/m,突水性分区可由相对安全区-相对危险区修正为相对危险区-危险区。实际生产矿井带压开采突水事故证明了突水系数修正公式的合理性。

底板突水危险性评价研究进展

回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。

新集矿区深部1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价

奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、断层交叉点与尖灭点、含水层水压、富水性、隔水层等效厚度、脆塑比7个因素作为奥灰岩溶突水的主控因素,并结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各主控因素影响权重。运用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析功能建立各主控因素专题图,通过对专题栅格图归一化处理,将各主控因素按照权重进行空间复合叠加,最终获得1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价分区结果。将评价结果与突水系数法计算结果对比分析可知,基于GIS的煤层底板突水危险性评价方法更符合矿区实际地质情况,可以为矿区深部煤层开采与水害防治工作提供参考依据。

基于主成分分析法的底板突水危险性评价

在系统收集及分析矿区水文地质资料的基础上,确定影响煤层底板突水的主要因素,并引入主成分分析法对影响底板突水的因素进行定量评价。以新安煤矿为例,利用主成分分析法,确定各突水影响因素的权重,建立煤层底板突水模型,对影响煤层开采的底板奥灰突水危险性进行分区预测,为奥灰水的防治提供了重要依据。

煤层底板突水监控系统的设计

针对现有煤矿突水防治方法存在的理论参数与实际环境参数差异大、超前预测和实时性差等问题,提出一种基于视频监控的煤层底板突水监控系统的设计方案;以某煤矿的一次突水事件为例,重点介绍了该系统的图像处理算法。该系统对摄像机采集的图像进行灰度化、图像增强、二值化、图像分割、边缘特征提取后得到突水图像边界坐标,对该边界坐标进行曲线拟合后得到突水区域的面积,并根据不同时刻所得突水面积的差值判断突水量变化趋势。试运行结果表明,该系统稳定可靠,视频画面清晰,图像处理算法有效,突水异常时能及时报警。

煤层采动底板突水物理模拟试验研究进展与展望

【目的】底板突水受特定地质构造、水-岩-应力及采掘扰动等因素叠加作用影响,具有复杂性、隐蔽性、突发性等特点。【方法】物理模拟试验能较好地还原底板岩层与承压水赋存环境、直观展现采动底板裂隙扩展及突水路径演化全过程、实时获取灾变各阶段多源数据信息,因而在底板突水研究方面具有独特优势。【结果和结论】对底板突水经典理论、标准规范、模拟试验及工程实践等方面的研究成果进行了回顾,重点梳理了试验加载装置及水压模拟方式、相似材料研制及其特性指标、监测技术及其观测系统设计3个方面的研究进展,其中在模拟水-岩-应力耦合环境下的三维模型底板突水全过程信息捕捉方面有较大突破。面对数智化研究大背景,分析当前底板突水物理模拟试验领域存在的不足,并据此指出未来应重点关注大型三维底板突水综合试验平台研制、基于标准化的多特性相似材料配比数据库建立、多相多场多维耦合监测预警系统构建、人工智能等数智化技术融合应用研究等发展方向。提出的思考有助于从装置、材料、技术等方面提升未来物理模拟试验水平,从而更好支撑煤矿底板水害数智化防治基础研究工作高质量发展。

滕州矿区滨湖煤矿16煤开采突水特征分析及防治途径

根据滨湖煤矿16煤开采以来发生的突水案例,总结分析了突水类型、规律及其原因,提出了不同水害的防治技术途径。研究表明:16煤开采以来发生的6次突水,包括1次掘进突水和5次工作面开采突水。突水水源为:顶板十下灰水、上部采空区积水、底板薄层灰岩水和基底奥灰水;突水通道主要为采动裂隙,构造裂隙及潜在的陷落柱。对6次突水的原因进行了具体分析。提出了不同水害类型的主要防治技术途径,主要为:疏干十下灰,探放12下煤采空区积水,疏降十四灰以及探防陷落柱突水,疏降奥灰水压并结合改革采煤方法、人工强制放顶、留设断层煤柱、注浆加固断层裂隙密集区以及完善排水系统等方法。

基于灰色关联分析的断层突水阶段化感知方法

为提升煤矿断层水害感知水平,提出一种以断层活化演变机制和关键控制因素识别的断层突水阶段化感知方法,通过断层突水演化过程相似模拟试验研究工作面底板与断层破坏的演化特征,以底板破坏带应力、断层裂隙带应力、导水通道内水压等为阶段监测参数,揭示各监测参数与涌水量变化的阶段特征;结合灰色关联性分析法,判定断层突水阶段转化的关键控制因素,进而根据断层突水分析与研究过程,提出断层突水阶段化感知方法。结果表明:底板破坏带、断层裂隙带的应力,导水通道内的水压等监测参数的数值变化特征在断层活化突水过程中呈现出明显的阶段特征,控制因素与涌水量的灰色关联度排序为:底板破坏带应力>断层裂隙带应力>导水通道水压,通过对关键控制因素的识别,可实现断层突水阶段的感知,揭示基于灰色关联分析的感知方法在原理上具备可行性。

济阳煤矿底板突水危险性评价

为了克服突水系数法的局限性,本文引入模糊-突水系数理念,运用模糊数学的思想和方法解决传统突水系数法评价煤层底板突水危险性的临界值问题。在综合分析济阳煤矿11~#煤层开采各影响因素基础上,本研究选择奥灰水压、煤层采深、隔水层厚度、软硬岩比例、互层数和断层强度指数六个关键因素,对研究区11~#煤层开采底板突水危险性开展综合分析。本文的研究方法相对传统突水系数法的评价更为全面,研究成果对济阳煤矿下组煤的安全高效开采具有重要指导意义。

动静载荷作用下矿井底板断层突水机制研究

断层突水是矿井生产中的重大灾害之一,针对矿井底板含水断层和保护层的空间位置关系,利用断裂力学理论建立了动静荷载、开挖卸荷和承压水共同作用下断层突水的力学模型,推导了断层发生活化的临界水压计算公式,并分析了临界水压的影响因素。结果表明:临界水压随断层长度的增加而减小,随卸荷系数的增加而减小,随侧压系数的增加而增加,随摩擦系数的增加而增大;临界水压随断层角度和动荷载的变化较为复杂,动荷载会促进或抑制断层的活化;断层活化是矿井底板发生突水的必要条件;断层贯通保护层未贯通距离H是发生底板突水的充分条件;推导了断底板保护层未贯通段的最小安全厚度H,并通过一组地质数据,验证了理论推导结果的合理与可靠性。

煤岩体突水通道骨料灌注运移堆积机制试验

为揭示突水通道中骨料运移堆积的演化规律,开展了动水条件下骨料灌注试验,得到了骨料的初始沉积位置、堆积体形成方向以及堆积体极限堆积高度与水流速、骨料灌注速度等影响因素的内在关联。结果表明:在1.0 m/s高流速动水环境中,骨料堆积体形成方向为先逆水流方向生长至投料孔底后转为顺水流方向生长;在0.3 m/s低流速条件下,采用口径36 mm漏斗投料同口径18 mm相比,骨料灌注总量相同时,其堆积体的极限高度提升了41%。基于数值力学模型——计算流体动力学-离散元方法(computational fluid dynamics and distinct element method,CFD-DEM),研究了骨料灌注期间突水通道内流场的时空分布特征以及骨料堆积体的过水阻力作用对突水通道内静水压力的影响机制。

基于三维地震勘探技术对煤层底板高承压水突水危险性的研究

矿井因缺少深部钻孔地质资料而无法准确地对煤层底板突水危险性进行评价,以梁北矿32采区三维地震勘探资料所揭示的深部地质信息为主要研究对象,通过地震界面与钻孔数据标定反演煤层底板隔水层厚度,采用突水系数法和脆弱性指数法将评价结果相互印证。结果表明,基于三维地震勘探资料对煤层底板高承压水突水危险性评价结果具有较高的可靠性,其突水危险区与研究区域内含水层的高承压区、大断层的发育区以及薄隔水层的分布区表现出较高的契合性。

基于FAHP-EWM组合权重的突水危险性评价研究

通过统计分析吴堡矿区某井田先期开采地段地质及水文地质资料,确定影响主采煤层底板突水的主控因素,采用模糊层次分析法(FAHP)和熵权法(EWM)计算各因素的主客观权重,并利用加法合成法、极差最大化法、博弈论法和最小鉴别信息法分别计算组合权重;结合脆弱性指数法,利用GIS的信息融合技术得到研究区的突水脆弱性评价分区,4种评价结果的分区过渡趋势基本一致,但存在部分区域其评级结果不同。采用Spearman等级相关系数对4种突水脆弱性评价结果进行优选,结果表明:基于最小鉴别信息法得到的脆弱性指数等级排序与“合理排序”的相关系数最高;在这4种脆弱性评价结果中,采用最小鉴别信息法组合赋权得到的突水脆弱性评价效果最好。

隧道断层破碎带突水灾害防治措施研究

隧道工程既可缩短运行距离,又可节省地面用地,特别是在城市地铁建设中更具有优势。受地形地貌、水文地质条件等因素影响,在隧道断层破碎带易引发突水灾害,严重威胁施工安全。结合工程实际,研究灾害成因,提出治理方案,对监测数据进行分析研究,为隧道施工提供参考。

基于微震监测技术的煤矿底板突水预警研究

煤矿底板突水是矿山生产中的主要灾害之一,其破坏性极大,因此,研究有效的突水预警技术具有重要意义。以董家河煤矿22517工作面为例,构建了微震监测系统,并对底板进行突水预警。监测数据显示,该煤矿的底板微震事件总共有191个,其中能量超过1000 J的微震事件仅为18个,占全部微震事件的9.63%,同时,该系统检测到的底板破坏深度约为11.01 m,与底板钻孔声波仪测试计算的数据仅相差0.22 m。这些数据可以说明研究所提出的微震监测技术能够有效预测煤矿底板的突水事故,起到了良好的预警作用,为煤矿开采作业的水害风险防范提供了可靠的技术支持。

以断层活化突水事故为例的煤矿灾害感知研究

煤矿智能化的发展为提升矿井安全保障能力提供了新的思路,但在煤矿灾害的感知方法研究上仍有不足,难以对灾害发育的阶段进行有效感知,缺少针对灾害发育不同阶段的防治措施。针对上述问题,本文提出了一种基于灾害演化特征分析的煤矿灾害感知方法,通过研究矿井灾害发育机制,划分灾害的演化阶段,提取阶段的转化条件并识别控制因素,结合关联性分析方法,选择敏感控制因素进行灾害发育的阶段感知。以煤矿断层活化突水事故为例,进行了灾害感知方法的试验验证,结果表明,敏感控制因素随工作面推进的变化能够反映断层活化突水事故演化程度,因此,基于演化特征分析的感知方法有望为煤矿灾害发育阶段感知提供参考。