岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明：微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03-0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04-0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。

冲击地压微震能量监测预警技术研究与探讨

为了研究埋藏较深的煤炭资源开采期间所面临的冲击地压显现难题,对典型的4种冲击地压从动静载叠加诱发冲击机理的角度进行了分析,并指出不同诱因的冲击地压的监测预警均可从能量的角度入手,防止因弹性应变能积聚过高而诱发冲击显现。通过对比传统监测与预警分析和优化后监测与预警分析关于微震能量分布演化规律情况,指明优化后监测与预警分析方法能够很好地对能量事件平均化分布集中区进行监测,并能实时分析集中区的演化规律以及其中能量的集中程度状况,起到了事前对冲击显现位置监测预警的效果。

缓倾斜煤层坚硬顶板断层活化微震时空演化规律及诱冲机制

以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采区域,正常开采区域、超前影响区域与断层影响区域,工作面推进过程中微震能量变化由“低频次、高能量”→“低频次、低能量”→“高频次、高能量”;(2)受I010203工作面倾斜角度的影响,工作面运输巷微震能量事件多于工作面回风巷,同时根据采煤工作面微震能量事件分析,在采掘扰动作用下工作面极易发生两种冲击类型事故,断层活化型冲击和断层煤柱型冲击;(3)当采煤工作面距断层较远时,构造应力在采掘扰动作用下释放,微震总能量相对活跃,应力表现为应力显现阶段,随着工作面逐渐推进至断层,微震总能量由稳定阶段转变为活跃阶段,同时断层活化显现由蓄能阶段转变为断层活化阶段;(4)分析宽沟I010203采煤工作面数值模拟结果得到,工作面逐渐向断层推进过程中,其断层接触面由初始活化阶段转变为活化稳定阶段,最终接近断层时表现为活化加剧阶段,其与采煤工作面期间微震大能量事件变化规律基本吻合。

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明:采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数F_(sum)采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有F_(sum)良好对应关系;在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率提供参考。

采矿扰动下层析成像及微震多参数特征实例研究

采矿活动诱发的岩爆可引起矿区内强烈的振动和严重的岩石破坏。结合微震多参数、大震级事件分布与层析成像特征综合井下分析,综合为一种较好的预警方法。首先,在中国陕西某地下矿山建立了自主研发的微震监测系统。然后,根据层析成像计算结果得出了波速场异常与采矿活动区的关联模型,初步确定了可能存在风险的区域与采矿活动的特征。此外,对b值、S值、成像结果、大震级微震事件分布及陕西矿区795和860水平现场调查情况等多个因素进行了分析。根据该矿山6月7日岩爆案例,将795至860水平现场的多个区域进行对比分析,从工程角度发现了潜在的不安全区域,对安全施工管理提供了参考。微震监测系统可作为一个危险预警的手段,具有广泛的应用前景。

基于SSA-CG-Attention模型的多因素采煤工作面涌水量预测

矿井工作面涌水量预测对确保矿山安全、优化资源配置、提高工作效率等都具有重要作用。为提高预测结果的准确性和稳定性,基于钻孔水位和微震能量数据与涌水量的强关联性,选择其作为多因素特征变量,提出SSA-CG-Attention多因素矿井工作面涌水量预测模型。该模型在门控循环单元(GatedRecurrentUnit,GRU)提取时序特征的基础上,与卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNet-work,CNN)融合形成新的网络结构提取数据的有效非线性局部特征,并且加入注意力机制(Atten-tion),在预测过程中将注意力集中在输入元素上,提高模型的准确性。最后通过麻雀搜索算法(Spar-row Search Algorithm,SSA)优化模型参数,避免局部最优解的问题。将提出的模型分别与传统的BP神经网络、LSTM、GRU单因素涌水量预测模型以及MLP、SLP、SVR、LSTM、GRU、SSA-LSTM、SSA-GRU多因素涌水量预测模型的预测结果进行对比分析,结果表明:SSA算法以最少迭代次数快速寻优,避免了局部最优解的缺陷;SSA-CG-Attention多因素涌水量预测模型整体预测指标绝对误差(E_(MA))、均方根误差(E_(RMS))以及平均绝对百分比误差(E_(MAP))分别为5.24 m^(3)/h、7.25 m^(3)/h、6%,指标方差和为8.90。相较于其他预测模型预测精度更高,相较于单因素涌水量预测模型,多因素涌水量预测模型预测结果更加稳定。研究结果为矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法,对矿井工作面涌水量预测及防控有着借鉴与指导作用,具有一定的理论价值和现实意义。

基于微震事件能量-密度导水裂隙带高度研究

为确定深埋煤层导水裂隙带高度,采用微震监测技术对彬长某矿进行监测,通过对微震事件垂向分布特征分析,认为岩层的破坏程度一定程度上受岩性的影响,在裂隙向上发育过程中,遇到塑性较大的岩层,岩层的破坏程度可能降低。通过对工作面走向微震事件能量-密度分布规律综合分析,认为4103工作面“两带”高度:冒落带高度50m,冒采比13.2;导水裂隙带高度117.0m,裂采比30.79。此外,研究认为,微震监测相较于传统导水裂隙带探查方法是具有一定优势的,很好地解决了深埋煤层导水裂隙带实测难题。

基于地压监测的采空区稳定性评估方法研究

通过对国内外采空区稳定性地压监测评估方法现状分析,综合考虑微震事件的能量-空间-时间分布特征及多种监测技术手段,提出了微震事件时空演化规律、微震能量指数与累积视体积之比EV、微震b值、多参数融合等4种采空区稳定性评估方法。然后,在普朗铜矿、亚克斯矿、寿王坟矿等矿应用了这些方法,分析这些采空区影响下顶板、地表、巷道围岩破裂发展的发育演变规律,与现场实际相契合,验证了这些方法的有效性。

井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明:义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F_(16)断层的影响带范围为7000~7600 m,13200工作面全部处于F_(16)断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F_(16)断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2.93 kN,断层位移量的快速增加和较高的应力增幅构成了大能量微震事件的主要能量来源。表明大能量微震事件和冲击地压的发生均与断层的活动联系紧密。井下断层的实际定量监测方法可以广泛应用于矿井冲击地压预测与防控的指导工作中。

弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压研究

急倾斜特厚煤层受其特殊的地质、应力和开采技术条件影响,冲击地压防治方法与一般煤层存在较大差异。将理论推导、数值模拟、现场监测等方法相结合,研究了急倾斜特厚煤层的岩层弯曲和煤层能量积聚特征,提出了弱化浅层岩体防治急倾斜特厚煤层冲击地压的方法,得到了防冲关键参数,并进行了工程应用。研究结果表明,急倾斜特厚煤层岩层弯曲时内部岩体破裂释放能量是动载的主要来源,采空区两侧围岩转移、传递至煤层的水平集中应力是静载和能量积聚的主要来源;防治急倾斜特厚煤层冲击地压应弱化工作面浅层岩体的应力传递能力,来降低传递至工作面的动载扰动强度以及转移、传递至煤层的水平集中应力。基于此提出了通过浅孔爆破措施弱化急倾斜特厚煤层浅层岩体的防冲方法。现场工程应用表明,矿井补强浅孔爆破后,工作面微震事件总能量降低了42.38%、总数量增大了471.74%,说明工作面的能量释放由大能量剧烈释放逐渐转为小能量平缓释放,且未再发生过冲击显现,冲击地压危险得到有效控制。研究成果可为类似条件矿井防治冲击地压提供参考。

微震事件与工作面推采速度采高的关系研究

为了在安全开采和提高煤炭采出率的前提下,确定高家堡煤矿201工作面最佳推进速度及合理采高,运用ARAMIS M/E微震监测系统,研究分析了5个月的微震频次和能量的监测数据,结果表明:201工作面回采时应尽量保持匀速推进,推采速度应处于4.8~6.4 m/d之间;回采高度应逐步增加,每日回采高度不应超过6 m较为合理。

深部矿井微震事件与工作面涌水量关系研究

针对矿井微震事件发生无明显规律、工作面出水量制约生产的现状,以大量微震事件、工作面涌水量数据为基础,采用理论分析、数值采集、现场实践等手段,建立工作面微震事件与工作面涌水量变化关系模型进行研究。结果表明:工作面微震事件能量与工作面涌水量变化存在正相关关系,两者变化趋势基本相同;在周期来压期间,工作面微震事件能量与涌水量变化幅度较大但变化趋势一致;微震事件能量与工作面涌水量互相影响,通过对两者数据的对比分析,该研究结果可在一定程度上预测工作面应力集中情况及水量变化,保证矿井安全生产。

基于微震数据反演分析的大佛寺煤矿40111工作面诱冲规律研究

基于大佛寺煤矿4上煤层作为4煤层的保护层进行开采的工程背景,为探索该特殊区域工作面诱冲规律,借助于现有的微震监测设备分析回采速度与微震“时间—空间—强度”特征参数之间的关系。结果表明:4上煤层作为4煤层的保护层开采可以有效降低工作面微震能量大小,该方案起到了较好的卸压作用;通过微震空间分布特征与回采速度的相关性,确定了合理的回采速度,为冲击地压防治体系设计提供了数据支撑。

中高位坚硬顶板深孔预裂爆破减震技术

针对煤层上覆中高位坚硬顶板易产生强矿压显现的问题,以门克庆煤矿为背景,通过数值模拟,研究预裂爆破对中高位坚硬顶板煤层开采的影响,并通过现场工程实践验证预裂爆破对中高位坚硬顶板的控制效果。研究结果表明,在相同顶板高度,爆破后的围岩应力小于爆破前,且爆破后应力破坏范围较大,顶板的弹-塑性破坏区域扩张的更快,中高位坚硬顶板沿预裂爆破位置形成规律性的破断。工程实践微震大能量事件的分布规律表明,预裂爆破缩短了中高位坚硬顶板的破断距,总能量峰值大小显著降低,保障了工作面的安全回采。

双巷掘进留小煤柱护巷下深浅孔组合爆破卸压技术研究

为防控双巷掘进留小煤柱护巷布置下邻空巷道大变形及强矿压灾害,以赵庄煤业为工程背景,提出了深浅孔组合爆破卸压技术。通过开展小煤柱护巷顶板力学结构和深浅孔聚能组合爆破机制研究,揭示了邻空巷道挠度和采空区顶板L的关联性,并确定顶板倾向断裂位置,明晰深浅孔组合双层位爆破消冲护巷的作用机制和深浅孔组合导向力学作用机理;并通过铰接块体等理论计算和现场试验确定了爆破方案参数。工程实践表明:深浅孔组合爆破卸压技术能够弱化坚硬复合顶板介质的储能蓄力属性,优化采空区边界顶板三角块结构,同等尺度下顶板积聚能量密度降低4000 J左右;1313工作面回采后采空区边界顶板及时垮塌,降低顶板对煤柱挤压作用,煤柱不同深度测点处应力集中系数分别为1.38和1.29,应力集中程度明显减小;邻空巷道扇形窥视结果表明低位岩层裂隙发育明显,高位岩层呈现逐步损伤、断裂状态,在顶板倾向上组合爆破能够缩减岩块B悬顶长度,破坏基本顶铰接结构,减弱岩块的回转下沉作用;13163巷顶底板、两帮最大移近量分别为440 mm和205 mm,爆破措施有效抑制了巷道变形,且未发生片帮冒顶等动力现象,达到了深浅孔组合爆破施工目的。

煤岩动力系统失稳机理

为了计算不同冲击危险程度煤岩体的具体影响尺度,实现煤矿冲击地压的针对性预防和治理,提出了"煤岩动力系统"的概念,构建了"煤岩动力系统与冲击地压显现关系"模型。基于爆破理论和Mises屈服强度准则,提出了"煤岩动力系统"各区域尺度计算方法并建立了相应的评价指标体系。根据煤矿已发生冲击地压和"高能量"微震事件的震源位置和能量值,确定煤岩动力系统"动力核区"、"破坏区"、"损伤区"和"影响区"等各区域尺度的具体影响范围,判断不同尺度范围内煤岩体的冲击危险程度。将煤岩动力系统各区域尺度计算方法在老虎台煤矿进行了准确性验证,表明该方法具有较高的可信度和实用性,可以广泛应用在矿井冲击地压的预测与危险性评价工作中。

深部岩体隧洞岩爆灾害影响因素分析

深部岩体隧洞施工过程中频发的岩爆灾害时常会造成大量的人员伤亡以及巨大的财产损失。基于某水电站4条引水隧洞开挖过程中的大量的岩爆实例,以数值运算为主要研究手段,从能量的角度出发对影响岩爆灾害发生的关键性因素进行了研究,结果表明:相同长度的隧洞开挖过程中随着单循环开挖步长的增大,微震能量释放值不断增大,岩爆的发生频次具有增加的趋势;当开挖速度控制在合理范围内时,围岩稳定性可以得到有效控制,当其突破到临界状态以上时,岩爆的发生频次具有显著增加的特征;在一定埋深范围内随着埋深的增加,岩爆发生的频率、强度具有明显增加的趋势;上述研究结果可以为高地应力条件下地下隧洞开挖过程中岩爆的预测与防治提供合理的科学依据。

忻州窑矿冲击地压发生规律研究

为预防和治理冲击地压,保障矿井接替有序和员工生命安全,文章对忻州窑矿近几年来发生的冲击地压进行统计,对各种冲击地压监测手段和监测设备采集的数据进行分析,从采掘状况、周期来压、微震能量及频次、电磁辐射、钻孔钻屑等方面对忻州窑矿冲击地压发生规律进行了研究并通过对冲击地压发生规律的研究,提高了冲击地压及深孔爆破压预测预报的准确率,保障了安全生产,并采取了卸压孔、卸压槽、邻面断顶孔四种防治措施,改变了煤岩体力学性质,降低了应力集中水平,减少了冲击地压发生频次及巷道受损程度,取得了良好效果。

高矿压深井工作面卸压强度在降低工作面冲击危险性中的作用与研究

利用微震数据、周期来压步距等对深部高矿压回采工作面不同卸压强度卸压效果进行效果检验,采用大量微震事件,周期来压步距数据为基础,采用理论分析、数据统计、现场实践等研究手段,探寻不同卸压强度在深部高矿压矿井回采工作面生产过程中对降低工作面冲击危险性起到的关键作用,从而合理施工卸压钻孔,优化卸压参数,保证矿井安全生产。研究结果表明:工作面补强卸压区域微震释放总能量、微震频次及来压步距较常规卸压区域均有较大幅度的降低;强卸压手段能够有效的降低工作面微震事件能级与来压步距,从而一定程度上降低工作面冲击危险性。