矿山动力灾害多参量危险性评价及分级预警

为准确预测矿山动力灾害发生类型并进行分级预警,基于层次分析法(AHP),将应力、地音、电场、温度、瓦斯5种参量作为煤与瓦斯突出、冲击地压以及复合型动力灾害危险性评价指标,构建矿山动力灾害多参量危险性评价模型。通过计算实例,对井下5种数据进行多元分类、单元分级,确定不同判断矩阵并计算其权重值,综合评定动力灾害发生类型和危险等级。通过实例中监测数据计算得出:发生冲击地压概率为19.0%,发生复合型灾害概率为28.6%,发生煤与瓦斯突出概率为51.9%,综合评定为煤与瓦斯突出灾害,危险等级为Ⅱ级,应采取局部解危措施。计算实例表明评价模型具有可行性。

基于电荷监测技术预测矿山动力灾害试验研究

为提高矿山动力灾害预测准确率,应用自主研制的电荷传感器,将标准煤样置于三轴压力室内进行应力-电荷试验。分析围压对煤样压缩破坏过程中电荷信号的影响。结合现场测试,揭示工作面开挖过程中煤体应力与煤壁表面感应电荷的时间和空间变化规律。试验结果表明,煤体压缩过程中电荷信号的变化与煤体所处的应力水平关系密切,处于应力集中区域和应力松弛区域的煤体有明显脉冲状电荷信号,原始应力区电荷信号平稳,电荷信号的变化超前于煤体应力的变化,围压对电荷信号有延缓、强化的作用。

电荷感应监测技术在矿山动力灾害中的应用

针对矿山动力灾害前兆信息难以识别、提取及预测准确率较低的现状,提出采用非接触式电荷感应监测技术来预测矿山动力灾害,应用自主研制的电荷感应系统对煤岩体在单轴压缩、单轴拉伸、三轴含瓦斯压缩等加载方式下进行了电荷感应测试,同时根据试验数据探究了煤岩体变形、破坏宏观以及微观机制。现场在线式电荷感应监测揭示了工作面开挖过程中煤体应力与煤壁表面感应电荷在时间和空间上的变化规律,对应用电荷感应监测技术预测煤岩动力灾害前景进行了展望,并将电荷量的变化作为煤岩破裂的前兆信息,研制适用于各种类型矿山动力灾害的监测仪器设备,进而形成矿山动力灾害电荷感应监测技术。

矿山地质动力灾害的发生机理与控制途径分析

论文主要针对我国煤矿开采引起的矿山地质动力灾害,如冲击地压、矿震、地表塌陷等,结合山东省新汶矿区、辽宁省抚顺矿区、北票矿区的实际情况,分析了导致这些灾害发生的原因及机理,从改变采矿活动等角度阐述了控制这些地质动力灾害的技术途径.

矿山地震震级的极值分布

结合前人的研究成果，推导了矿山地震震级极值的冈贝尔Ⅰ型分布，给出了其参数 确定方法．在简要介绍老虎台矿矿山地震活动的构造及物理背景后，将震级极值分布应用于老 虎台矿月最大震级的概率预测实践结果表明，用这种方法预测的月最大震级概率分布与实际 记录的矿震月最大震级分布一致．

微震监测技术在深部矿山中的应用

煤矿煤与瓦斯突出和岩体的微震事件有着必然联系。本文介绍了微震监测技术应用现状及基本原理,并以淮南谢一矿为实例,对建立24通道微震监测系统的组成、监测系统的性能以及微震监测范围进行了详细介绍;通过三维可视化软件对谢一矿5121(5)工作面上覆岩层的微震活动进行连续实时监测;提出了微震活动带及微震活动单元的概念,并利用快速确定微震活动带的方法来对煤与瓦斯突出灾害进行准确、及时预报。

基于微震技术的矿山地压活动监测及预警研究

针对传统微震监测系统安装复杂、监测范围有限、定位精度低、处理速度慢等问题,利用一种新型的微震监测系统(KJ549微震监测系统)进行了矿山动力灾害(岩爆等)监测预警研究。以山东某金矿19中段(-590m)和20中段(-630 m)为例,结合深部地压活动现状与现场施工状况,在两个中段各布置了6个检波器,实现了对整个待采区的全范围、实时、连续监测。基于高精度微震定位,实现了对微震数据的多维度展示和统计分析。同时,结合试验现场地质与采掘活动情况,对潜在危险区域进行了圈定和危险等级划分,并提出了应对措施。研究表明:该矿受采掘、爆破、行车等采矿活动的影响,10号线西穿脉到34号线西穿脉范围内有4个高危险潜在区域,这些区域应作为重点关注区域,针对高危险潜在区域,应加强监测和现场巡查,及时发现问题、解决问题。研究成果为该矿解决了地压监测困难等实际生产问题,为矿山人员和设备提供了安全保障,并且验证了KJ549微震监测系统在矿山地压监测中的适用性,对于实现矿山动力灾害监测预警具有一定的参考价值。

基于U-Net的矿山微震初至拾取研究

初至到时拾取是微震数据处理中基础而又重要的环节,关系到整个微震监测系统的精度与可靠性。因此,为了解决传统初至拾取方法存在拾取效率低和拾取精度差的问题,引入深度学习方法,构建U型神经网络(U-Net)来预测三分量矿山微震数据P波、S波和噪声的概率分布,并根据概率峰值提取其初至到达时间。实验结果表明:本文算法的拾取结果准确度高且误差范围较小,与AR pick(auto regression pick)算法相比,其拾取结果具有明显的优越性。所构建的初至拾取模型可用于矿山动力灾害微震监测,解决微震监测的瓶颈问题,为矿山安全生产风险智能监测预警提供强力技术支撑。

Mechanism,prevention,and control of mining-induced dynamic disasters in underground metal mines in China:Challenges and solutions

Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological problems to be solved urgently.In this article,the occurrence status and grand challenges of some typical dynamic disasters involving roof falling,spalling,collapse,large deformation,rockburst,surface subsidence,and water inrush in metal mines in China are systematically presented,the characteristics of mining-induced dynamic disasters are analyzed,the examples of dynamic disasters occurring in some metal mines in China are summarized,the occurrence mechanism,monitoring and early warning methods,and prevention and control techniques of these disasters are highlighted,and some new opinions,suggestions,and solutions are proposed simultaneously.Moreover,some shortcomings in current disaster research are pointed out,and the direction of efforts to improve the prevention and control level of dynamic disasters in China’s metal mines in the future is prospected.The integration of forward-looking key innovative theories and technologies in the abovementioned aspects will greatly enhance the cognitive level of disaster prevention and mitigation in China’s metal mining industry and achieve a significant shift from passive disaster relief to active disaster prevention.

红透山铜矿微震监测系统及其应用

针对红透山铜矿深部地压活动频繁现状,建立矿山微震监测系统,通过构建红透山铜矿三维地质模型,优化传感器布设方案,对深部地压活动规律进行连续实时监测.通过微震监测结果与实际爆破震源对比,监测系统对于传感器监测范围内震源的定位误差小于5m,表明微震监测系统对于人工震源具有很高的定位精度.微震监测系统能够连续实时地对地压活动进行监测,捕捉由地压活动引起的微震活动信息,并实现微震源定位,这对开展矿山动力灾害的预测研究具有重要的现实意义.

充分采动阶段覆岩多层空间结构支承压力研究

将采场上方直至地表的岩层视为采场上方的覆岩空间结构,基于微地震定位监测,圈定采场覆岩多层空间结构的范围,研究覆岩空间结构岩层运动发展规律,建立覆岩空间结构走向支承压力模型;利用力学方法,得到走向支承压力计算公式;利用上述计算方法,研究了新汶矿业集团华丰煤矿1410工作面走向超前支承压力分布规律,并与现场微地震监测结果进行了对比分析.研究表明:上述方法适用于深部采场岩层运动范围扩展后的充分采动阶段采场走向支承压力的估算和预测.

基于微地震监测的覆岩多层空间结构倾向支承压力研究

随着开采深度的不断增加,矿山动力灾害日趋严重,采场周围岩(煤)体变形失稳是顶底板突水、煤与瓦斯突出、冲击地压(岩爆)等矿山动力灾害发生的根本原因,而岩层运动范围扩展后深部采场的采动应力场分布规律研究是解决上述问题的理论基础。将采场上方直至地表的岩层视为采场上方的覆岩空间结构,基于微地震监测结果,针对倾斜煤层,圈定采场覆岩多层空间结构的范围,研究覆岩空间结构岩层运动发展规律,并建立覆岩空间结构下的采场倾向支承压力计算模型。利用力学方法,针对倾斜煤层研究倾向支承压力的动态分布规律和计算方法,得到了倾向支承压力的计算公式;利用上述计算方法,研究了华丰矿1410工作面倾向支承压力分布规律,并与现场1410工作面微地震监测结果所揭示的倾向支承压力分布进行了对比分析。研究结果表明,上述方法适用于深部采场岩层运动范围扩展后的、倾斜煤层倾向支承压力的定量化估算和预测。

采动影响下煤厚变异区超前支承压力变化规律的数值模拟

大量工程实践表明在煤厚变异区及其周围极易出现煤与瓦斯突出和冲击地压等复杂的矿山压力现象。以数值模拟为研究手段,分析了不同煤厚变异区的宽度、煤厚变异程度及采煤工作面分别从厚煤区和薄煤区向煤厚变异区推进的过程,受采煤工作面超前支承压力影响的煤厚变异区及其周围应力分布特征;研究了采动影响下,煤厚变异区及其工作面超前支承压力集中现象和应力分布的规律;揭示了采动影响下煤厚变异区支承压力的转移机制。结果表明:煤厚变异区变薄点比变厚点的原岩应力大,煤厚变化梯度K越大,煤厚变异区应力梯度就越大,应力集中的程度就越高;当工作面接近煤厚变异区时,煤厚变异区对工作面超前支承压力分布特征的影响显著。工作面在厚煤区回采向煤厚变异区推进时,超前支承压力呈"双峰值"分布,而工作面在薄煤区回采向煤厚变异区推进时,超前支承压力呈"单峰值"分布。由于煤岩弹性模量存在差异,工作面回采至煤厚变异区时超前支承压力会向煤厚变薄点转移;相比采煤工作面在厚煤区回采向煤厚变异区推进,从薄煤区向煤厚变异区推进时的工作面超前支承压力集中程度更强烈。

煤矿采动作用对围岩扰动影响范围的分析

为确定采动过程对煤矿巷道围岩扰动的影响范围及影响因素,对当下煤矿行业的主流扰动监测技术进行梳理总结,基于监测原理及应用效果明确各方法存在的典型问题及后期改进策略;基于微震监测技术对围岩扰动事件的空间分布特征进行系统分析,初步确定采动作用对煤矿巷道围岩扰动影响范围;立足于围岩开采扰动应力重分布、煤层禀赋地质特征、开采方式3个角度探究采动作用对围岩的扰动范围差异性影响。研究发现:结合不同类型监测技术的多参量联合监测手段能够弥补单一监测手段的不足;微震事件分布于沿工作面走向-50~300 m,沿层位方向上煤层顶底板上下-20~40 m范围内;应力重分布与开采方式对围岩扰动的影响集中在工作面向前200 m范围,煤层禀赋地质特征则对工作面向前100 m范围内影响较大。

钻杆扭矩法测定煤岩强度的理论与试验研究

通过对打钻时钻杆上扭矩的力学分析,理论上给出了利用钻杆扭矩判断煤岩体强度的可行性,提出通过测试钻孔过程中的钻杆扭矩来判断煤岩体强度的方法.在此基础上,建立钻杆扭矩法测定煤岩强度试验系统,研究了不同煤岩体强度条件下钻杆扭矩的规律.试验结果表明,钻杆扭矩能够反映被钻削煤岩体的强度,单一影响因素条件下,钻杆扭矩同煤岩体强度呈线性递增规律.应用该方法在现场的测定结果符合试验情况,验证了钻杆扭矩法测定煤岩体强度的有效性和可靠性.

国内外微地震监测技术综述

微地震监测技术是以声发射学和地震学为基础的一种通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件来监测生产活动的影响、效果及储层状态的地球物理技术.与传统地震勘探不同,微地震监测中震源的位置、震源的强度和地震发生时刻都是未知的,确定这些未知因素正是微地震监测的首要任务.作为基于地球物理发展起来的一种可以对岩石微断裂发生位置进行有效监测的技术,微地震监测技术已经被广泛应用于矿山动力灾害监测、水力压裂等领域.本文概述了微地震技术的国内外研究历史及研究进展.