解放层下深部复杂构造区震动波CT及时序预警技术研究

针对徐庄煤矿保护层开采下复杂地质构造区8331工作面回采时存在的高应力危险,通过震动波波速CT成像技术和冲击变形能时空短临监测技术,分析了保护层开采下复杂地质构造区工作面开采的矿震活动规律,建立了震动波CT成像探测的保护层开采下复杂地质构造区工作面回采期间的冲击危险性评价技术和冲击变形能监测预警指标,并指导完成现场实践。研究表明,上方保护层的开采降低了8331工作面的应力水平,但回采至断层构造区时,矿震活动仍然频繁,动压显现强烈。震动波CT成像探测技术和冲击变形能时空短临监测技术组合使用,能对8331工作面回采期间的高应力冲击危险区域及其冲击危险程度做出实时、定量评价和体现震源的时序变化趋势,对于大能量事件和能量事件密集区的监测预警效果较好。

冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究

针对煤矿冲击灾害日益频繁的现状,在应力与纵波波速的试验关系模型基础上,分析了采用纵波波速确定冲击危险的理论基础,建立了冲击危险性动态预测评价的震动波CT探测的技术,构建了震动波CT探测评价冲击危险性技术指标波速异常系数A n和波速梯度变化系数VG,并给出了各指标的判别准则,最后开展了现场应用。研究结果表明,对于同一性质的岩体,纵波波速反映了冲击矿压发生的强度条件、能量条件和动载诱冲条件;震动波CT探测技术能够对现场冲击危险性做出动态评价和预测,并能对卸压解危措施的实施和效果进行指导和检验。

震动波CT技术在突出煤层区域应力场探测中的应用研究

为弥补突出煤层应力监测点监测、局部监测的弊端,实现突出煤层应力场区域动态监测,提出了通过震动波CT技术动态探测突出煤层区域应力分布的方法,研究了突出煤样纵波波速与应力之间的关系,将该方法在突出矿井进行了应用试验,并基于波速异常系数指标对突出危险重点区域进行了预测和指标验证。结果表明:1)突出煤样纵波波速随应力的增加而增大,二者呈明显的正相关性,这验证了震动波CT技术在突出矿井应用的可行性。2)CT反演得到的应力场分布情况与巷道掘进、煤层倾角、预留煤柱和采空区等因素造成的高应力分布区基本吻合。3)钻屑指标和电磁辐射指标验证表明突出危险重点区域预测结果较准确。在预测的突出危险重点区域内,钻屑瓦斯解析量k1值和日累计电磁辐射强度均出现明显异常增高,现场掘进过程出现了瓦斯喷空动力现象和顶板冒落事故。震动波CT技术在突出矿井应力场探测中的应用为矿井突出危险区域的预测提供了新的技术手段,为突出危险煤层的安全开采提供了技术保障。

孤岛面掘进强矿震异常区震动波CT及应用

针对山东滕州朝阳煤矿3112孤岛工作面掘进期间面临的强矿震威胁,建立了基于震动波CT的矿震异常区评价方法,并给出了判别标准。研究表明:3112孤岛工作面切眼附近出现波速异常显现,为后期的高能量矿震多发区,冲击危险程度较高。

胡家河煤矿402104工作面采前震动波CT探测应力集中区实践

针对工作面冲击危险性评价过程中存在的盲区和漏洞,以胡家河煤矿402104工作面为背景,利用震动波CT技术对工作面进行采前探测,获取其应力分布情况及冲击危险性指数分布云图,并对工作面冲击危险区域进行精准划分。研究结果显示:402104工作面初步评价具有强冲击危险性,结合地震波层析CT成像技术对工作面运输巷、回风巷2160、2050 m范围的精准探测,揭示了工作面断层构造、褶曲构造、临近采空区及巷道交岔口区域的强、中等冲击危险指数分布,冲击危险性指数分布云图与工作面地质、采掘情况基本吻合,表明采前震动波CT探测能够有效判识工作面冲击危险性区域。

基于震动波CT技术的工作面防冲研究

冲击矿压的发生与煤岩体内的应力状态密切相关,确定工作面附近的应力状态是防冲的基础。本文首先介绍了震动波CT技术原理和冲击矿压预测准则,然后对E3207工作面进行了波速反演和冲击危险区划分。通过后续较高能量震动的分布情况,证实了采用震动波CT反演确定应力集中和划定冲击危险区具有较高的可靠性。

临近断层孤岛面开采动力显现机理与震动波CT动态预警

为探究临近断层处孤岛工作面开采时断层煤柱的受力状态与动力显现的发生机理,理论分析了某矿7192工作面的覆岩结构及其运移规律,探讨了由断层错动导致的工作面动力显现及强矿震的发生机理,利用震动波CT技术对工作面冲击危险性进行动态预警。结果表明:1)工作面倾向覆岩结构将由以工作面煤体为承载主体的对称短臂"T"型结构转化为以断层煤柱为承载主体的非对称"T"型结构,走向上因工作面面长较短使中高位关键层出现较长悬顶,其上方为非对称"T"覆岩结构;2)工作面断层附近历次强矿震均受断层活动静止期影响,即矿震时隔越长,后续矿震能量越大;3)中高位关键层的突然破断与运动是工作面矿震活动的主要动力源,导致的断层煤柱承载能力失效使断层突然错动,产生的冲击动载与煤体高静载叠加诱发动力显现;4)震动波CT动态预警技术揭示了工作面区域的应力演化过程,且动力显现区域与强矿震位置也与反演结果吻合,证明了预警结果的可靠性。

基于震动波CT探测技术的冲击危险预测

为探究三河尖煤矿冲击矿压显现机理和大范围探测工作面围岩应力状态,采用震动波CT探测技术进行了区域应力场反演,构建了冲击危险性技术指标,对冲击危险区域进行了预测。研究结果表明:震动波波速和应力场呈正相关关系,9煤层工作面临近7煤上山保护煤柱侧出现高波速和高波速梯度异常区,与"1.30"冲击显现区基本吻合;震动波CT技术能够实现大范围煤岩体应力探测,动态评价冲击危险区域,进而采取针对性卸压解危措施。

工作面强矿震事件的震动波CT时空预测技术

以某矿3307工作面回采期间的微震监测为基础,统计分析微震事件的震源能量和震动频次,并结合震动波CT技术动态预测强矿震事件。研究结果表明:利用震动波CT技术,反演得出煤层和顶底板切片波速异常系数An和波速梯度变化系数VG等值线云图,确定高波速正异常和高波速梯度异常区域,可从空间上划分出强冲击危险区域;分析微震事件的时间分布表,探讨每日震动总能量/频次与强矿震事件的耦合规律,结合波速异常系数An和波速梯度变化系数VG等值线云图,可从时间上确定冲击危险期;对比现场实测数据,在空间上和时间上均验证了预测结果的有效性。

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。

深井厚硬顶板下煤层开采冲击地压发生机理与防治技术

以某千米深井内74101工作面为工程地质背景,通过该工作面回采期间受顶板砂岩增厚赋存区影响而诱发冲击地压事故为研究点,基于动静载叠加理论对冲击地压事故的诱冲机理进行了理论分析。在此基础上提出采用矿震震动波CT反演技术对顶板砂岩增厚赋存区进行精细定位,并提出采用切顶爆破和卸压爆破措施对该影响区范围内的顶板和煤体进行卸压解危。现场工业性试验结果表明,卸压解危后74101轨道巷整体空间结构能够满足安全生产需要,同时顶板砂岩增厚赋存区影响范围内微震事件最大能量普遍处于103~104 J级别,说明该措施有效预防了冲击地压事故的发生。

煤层突出危险微震区域探测技术研究

为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力场分布特征,对比分析应力异常区与事故发生位置的空间关系;最后,探讨MS技术在突出矿井的应用前景。结果表明:突出矿井松软煤层MS事件主要分布在应力集中区、掘进扰动区及构造影响区;当掘进工作面逐渐临近地质构造时,MS能量、频次会逐渐增多;基于震动波速反演得到的区域应力场结果与实际的大巷上山、停采线及掘进面等引起的应力集中相符合;金佳矿突出危险事件位置与震动波CT探测的应力异常区具有很好的对应关系,在波速梯度变化大的位置更可能发生突出。

锯齿状停采线煤柱诱发冲击危险的反演研究

针对三河尖煤矿冲击矿压类型,运用震动波CT探测技术反演了锯齿状停采线煤柱区域波速分布,根据震动波CT技术指标波速异常系数A_n和波速梯度变化系数VG的判别准则,判断了锯齿状停采线煤柱区域的应力集中特征、弱化特征和危险性特征。研究结果表明:锯齿状停采线煤柱附近应力集中区的波速正异常系数A_n约为14%,应力集中特征为弱;弱化区的波速负异常系数A_n约为18%,弱化特征为中等;冲击危险区的异常系数约为11%,危险性特征为弱。最后采用针对性卸压措施,保证了巷道掘进和工作面的安全回采。

临近下山孤岛煤柱区冲击地压监测预警及防治技术研究

针对姚桥煤矿7013工作面临近下山孤岛煤柱区面临的冲击地压危险,采用微震监测、震动波CT反演及冲击变形能监测等方法,确定了工作面及下山煤柱区的应力集中区及矿震活动规律,基于各区域冲击危险性大小及监测预警情况,制定了工作面及煤柱区动静载力源降载释能的卸压方案。根据工作面回采期间的监测预警情况,工作面超前区域及下山煤柱区内存在明显的应力集中区,应力集中区随着工作面的不断开采逐渐向工作面转移,同时矿震聚集区域、应力集中区及冲击变形能积聚区存在高度重合。在工作面及下山孤岛煤柱区采取了针对性的大直径钻孔和顶板预裂爆破措施后,利用钻屑法对卸压效果进行了检验,结果表明现场卸压效果良好,有效降低了工作面临近下山孤岛煤柱区开采期间的冲击危险性。