铁路地质灾害勘察识别与监测预警

地质灾害对铁路建设、安全运营构成了极大威胁,“天空地”一体化综合勘察技术有效解决了地质灾害勘察识别难题。“天”基多源立体卫星遥感技术实现艰险复杂山区地质灾害的大范围精准判识,长时序InSAR与高精度GPS实现高陡岸坡的稳定性监测分析;“空”基真实感大场景、机载倾斜摄影和机载LiDAR扫描技术实现高植被覆盖区隐蔽性地质灾害判识;“地”基三维立体勘探技术获取岩土体结构、属性、参数;共同构建沟谷山地灾害链风险评价方案,为建设工程合理选址和工程设置提供依据。介绍地质灾害监测预警的方法、内容、技术和预警模型,对监测预警技术发展方向进行展望。

我国煤矿开采工作面顶板灾害及防治技术研究现状

从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤亡人数,均呈明显上升的趋势,顶板灾害防控依然严峻。在矿压基础理论研究方面,国内科研人员相继提出了“砌体梁”、“传递岩梁”、“组合悬臂梁–铰接岩梁”、“切落体”和“分区支撑理论”等力学结构模型,明确了不同岩层赋存条件下顶板灾害致灾机理;在顶板灾害监测预警方面,我国煤矿已经开始摆脱传统单一的近场矿压监测,逐步向工作面近、远场顶板状态联合实时监测、动态感知、协同预警发展,实现矿压监测系统监测近场支架工作阻力、顶板下沉量、煤体应力等,微震监测系统监测工作面远场上覆岩层顶板断裂位置和能量大小;在矿压规律及数据分析方面,总结了浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板不同围岩赋存状态下工作面矿压规律,明确了各条件下支架工作阻力的增阻特性;在顶板灾害防治方面,针对不同围岩赋存条件下易发生的顶板灾害类型,形成了相对应的顶板灾害防治技术,针对矿压显现较强烈,容易发生顶板灾害的坚硬顶板矿井,通过顶板深孔爆破、浅孔水力压裂、井下定向区域水力压裂、地面水力压裂等技术,有效地预防了顶板灾害的发生。总体而言,我国工作面顶板灾害防控理论及技术体系仍在不断完善,随着新技术的不断发展和智能化矿井的建设,顶板灾害的智能预警及联动防控将获得更大的发展。

某钨矿露地联采关键地压灾害监测预警研究

某钨矿形成了露地联采的开采局面,面临着井下群采空区与隔离间柱稳定性、露采边坡稳定性、露地相互影响等关键地压灾害问题。设计建设了最先进的66通道微震监测系统、测量机器人与边坡雷达等地压监测预警系统。文章详细介绍了一次典型的岩体失稳垮塌的成功预警案例。上述综合性的地压监测手段将为矿山安全生产提供重要的技术支撑。

江西某钨矿深部开采微震监测研究

江西某钨矿矿区深部区域大采采场周边围岩中巷道变形、冒顶片帮等地压问题显现明显,严重影响了矿山生产安全。本文简要介绍了矿区的开采历史,主要采矿方法及地压的显现方式,指出了矿山深部地压的危害性,论述了采用多通道微震监测技术的必要性及其系统的组成与特点。建立微震监测系统后,通过统计矿区每日产生的微震信号的幅值及次数,分析其变化规律,成功对巷道冒顶事件进行了预警;同时系统收集到老采空区的微震定位事件,表明老采空区的岩体结构并不稳定。实际情况表明,微震监测系统能够对矿山岩体的状态进行评估,对一定的岩体灾害进行预警,为矿山生产安全提供保障。

铁路全生命周期地质灾害防治技术对策

我国地域广阔,地质灾害严重。在铁路规划、设计、建设、运营和维护等各阶段,都需充分考虑地质灾害风险,并采取相应的预防和治理措施。研究提出贯穿铁路勘察设计、建设和运营全生命周期的铁路地质灾害防治总体技术框架,并采取以下技术对策:通过充分的地质勘察工作,查明沿线地质环境条件,为铁路规划和设计提供科学依据;施工过程中采取合理的施工方法和措施,对地质灾害进行防治,避免对环境造成破坏;加强运营维护期的地质灾害监测和预警,及时发现和处理潜在危险。研究提出的铁路全生命周期地质灾害防治技术对策已在多处投入应用,为确保铁路安全运行和可持续发展发挥了重要作用。

基于微震单通道事件的地压灾害预警研究

文章针对地下矿山地压灾害监测预警问题,建立了基于微震单通道事件的地压灾害预警模型。通过室内岩石单轴压缩变形破坏累计声发射变化曲线的4个特征阶段,建立以累计微震单通道触发事件数变化曲线为基础的地压灾害预警方法,将累计微震单通道触发事件数曲线分为初始增长阶段、平静阶段、初加速增长阶段、加速增长阶段4个阶段,在加速增长阶段之前发出预警,将该方法应用到国内某矿山,多次成功预警,取得了良好的预警效果,该预警方法可以为类似矿山提供参考。

深部破碎巷道地压灾害综合监测预警系统开发与应用

针对矿山进入深部开采后易发生的地压灾害问题,在浏览器/服务器(B/S)分层架构设计理念的基础上,结合连接池、多线程、前后端分离等技术,开发了声发射、应力、位移、微震物联网多源信息的地压灾害综合监测预警系统。利用累计差量指标和模糊综合评价算法对声发射参数进行分析,建立了声发射多指标预警模型,并将其嵌入Quartz定时任务框架中,实现了声发射监测数据实时化与风险预警智能化的融合。通过在金川二矿区1 018 m水平Ⅴ盘区2分层采场内充填体顶板进行灾害实时监测预警试验,结果表明:声发射累计差量多指标综合预警模型的预警结果与现场实际一致,克服了单一指标预警片面的缺陷,提高了预警的可靠性;该系统实现了不同类型设备的远程配置以及监测数据的自动采集、分析、预警、可视化等功能,对深部破碎巷道地压灾害监测与预警有重要的指导意义。

农业气象灾害监测预测技术研究进展

农业气象灾害是影响农业生产安全的重要因素之一。干旱、低温冷害、寒害、洪涝等是最常见的农业气象灾害。现代农业提倡通过加强农业气象观测来监测气象变化,分析和预测农业气象灾害,为相关部门指导农业生产和应对农业气象灾害提供可靠依据,提高农业生产效益,保证农业生产安全。主要阐述了农业气象灾害监测预测技术发展现状,分析了农业气象灾害指标,探讨了农业气象灾害监测预测技术研究,为农业气象灾害监测预警模式的创新和监测预测技术的推广应用提供一些参考。

煤矿智能化顶板矿压预警技术研究

为了解决现有煤矿顶板矿压预警技术可靠性低、准确性差、智能化不足的问题,研究了基于机器学习的工作面矿压预警指标分析方法,并分别采用了线性回归、系统聚类方法对液压支架循环内载荷以及周期来压步距进行分析,构建了顶板灾害预警算法,实现了工作面顶板灾害监测关键指标的自动分析和预测预警。现场应用结果表明:预警系统运行可靠性高、分析预警功能全且准确性高,在示范矿井进行顶板来压实际次数统计,其中预测准确次数不低于90%。能够为煤矿顶板灾害防治提供重要支持。

基于地基合成孔径雷达数据的预警预报方法研究

针对地基合成孔径雷达数据振荡性高、波动性强、特征趋势不明显问题,提出了一种应用速度倒数指标对边坡变形进行预警预报的方法,采用错位相减、去限值数据处理方法,优化形变数据的质量,提高滑坡预警准确性、预报及时性。该方法在内蒙古某铁矿的应用结果表明,它能解决监测数据振荡性高、特征趋势弱、预报时效性差等问题,凸显临灾数据形变规律,是一种适用性很强的预警预报方法。

多指标微震分级预警体系在中色非矿地压灾害预警中的应用

地压灾害活动形成条件非常复杂,单一化的指标预警效果不理想。基于矿山建设的微震监测系统数据,从微震监测事件“时、空、强”3个角度出发研究地压灾害活动预警体系,结合矿山实际地压活动显现情况进行量化分级预警评价。研究结果表明:多指标预警体系技术以及分级预警方法在实际应用过程中较好,可以更加准确地揭示矿山地压灾害发生的过程和演化趋势。

采煤工作面顶板灾害监测系统的应用

针对国内煤矿采煤工作面顶板监测系统缺乏对监测数据进行深入分析,无法提供顶板灾害预警的现状,研发顶板灾害监测系统,监测支架工作阻力、煤岩体受力、顶板离层等参量,并结合煤矿具体条件进行采煤工作面顶板灾害预警。经过大量的现场实践,取得了良好的应用效果。

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。

智能化高强度开采超长工作面围岩灾变预警技术

针对高强度开采工作面矿压显现剧烈,难以精准预测,围岩控制手段薄弱等一系列技术难题,提出基于顶板状态动态感知、片帮形态实时判识及采场多源监测信息相融合的智能化工作面围岩灾变预警策略;开发了工作面顶板状态实时监测与动态感知技术,实现了顶板来压位置、持续时间及来压强度的模式识别;研发基于大数据平台的矿压数据智能自学习技术,结合岩层柱状图可实时反演覆岩关键层断裂、结构形成及失稳等状态,实现工作面顶板大面积来压的精准预测;研发基于三维激光扫描的煤壁稳定性判识技术,可实现煤壁位移变化及节理裂隙演化进程的高精度监测,还可对煤壁失稳后片帮体的形态、位置及片帮强度实现定量化描述,突破以往工作面大面积来压和煤壁片帮无法准确预测的难题;进一步将采煤机割煤速度、支架工作阻力与瓦斯体积分数等采场多源监测信息相互融合,构建工作面回采工艺与煤壁片帮、瓦斯不均衡涌出、顶板大面积失稳垮落耦合联动的智能感知系统;该技术思路在阳煤集团寺家庄矿15106智能化超长工作面得到成功验证,保障了工作面安全。

柿竹园多金属矿床群空区条件下的崩落特性研究

柿竹园多金属矿床采用分段凿岩阶段落矿有底柱阶段矿房法开采10多年,所设计的36个矿房已全部采动,因多种原因所留采空区未充填处理,形成约260×104 m3的群采空区。由于部分矿柱的失稳倒塌,致使顶板最大暴露面积达8 000 m2。如何立足于现有的开采技术条件,实现矿山的可持续发展和安全开采,且高效合理地处理采空区,经多种开采方案的对比分析,拟采用崩落法开采,故对矿岩体的崩落特性等开展研究,供类似矿山参考。(1)采用RMR,Q,MRMR和GSI对柿竹园矿的矿岩进行了工程地质评价和采用Hoek-Brown节理强度理论进行岩体力学参数的确定。(2)通过对群采空区下留存矿柱的稳定性分析和三维弹塑性有限元对多种采矿方案进行的模拟对比研究,选定崩落开采的采矿方法。(3)采用最新的Laubscher分类可崩性图方法和Mathews稳定图方法对柿竹园矿的强制崩落面积、诱导崩落面积和自然崩落面积进行研究。(4)采用径向基函数方法对崩落开采的岩层移动参数进行预计,以及对不同采空面积下的缓冲层高度进行分析。(5)为达到安全开采和研究崩落开采地压活动规律的目的,设计了声发射、位移与应力等地压监测网络,提出地压监测预警的研究路线方法。通过现场预警实例的验证,获得较好的应用效果。

煤矿综采工作面顶板灾害预警指标及应用研究

为获得综采工作面压架事故监测预警指标和预警准则,在分析国内顶板监测系统应用现状的基础上,通过事故案例分析、矿压理论研究和现场实测数据分析,研究综采工作面顶板灾害致灾因素,提出了采场顶板灾害的6个预警指标,即初撑力合格率、安全阀开启率、支架不保压率、不平衡率、顶板周期来压步距、应力和地质异常区域,研究得到了预警指标实时、自动分析算法,建立了综采工作面顶板灾害监测预警平台。该平台在华能集团扎赉诺尔煤业有限责任公司铁北煤矿右三片综放工作面成功应用,通过24 h不间断监测和预警,及时采取有效措施,支架工况显著改善,推进速度加快,年产量由原来的不足250万t提高至350万t。在四川攀枝花煤业(集团)有限责任公司花山煤矿大采高大倾角工作面的成功应用,初撑力水平显著提高,有效解决了支架的防倒防滑问题。同时在皖北煤电集团有限责任公司的成功应用,显著提高了顶板管理水平,避免了多起顶板灾害的发生。

冲击地压综合监测预警平台在常村煤矿的应用

常村煤矿2016年引进北京科技的冲击地压综合监测预警平台,平台整合了矿山已有的几种监测设备,实现其联合监测预警。平台极大提高了分析数据的效率,减少了人工分析数据的工作量,保证了监测数据的及时收集和分析,有利于及时对冲击地压发生做出预警判断,保障矿山安全生产。

残矿回采地压安全预警系统的构建方法与应用研究

为提高矿山的安全生产水平,针对地下矿山复杂环境下残矿回采过程潜在的安全问题,并基于安全系统工程的观点与粗糙集理论的属性约简功能,提出残矿回采地压安全预警系统的构成内容与构建流程,建立地压监测数据的神经网络灰色Verhulst算法组合预测模型和安全评价模型。据此,构建国内某矿山残矿回采中段的地压安全预警系统,该地压安全预警系统为本矿山的残矿回采过程提供了安全保障。残矿回采地压安全预警系统能指导矿山循序渐进的构建符合残采系统工程实际的安全预警系统。

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。

采空区地压活动的时空分布研究与应用

直观可靠地预测预报采空区地压活动,能为矿山正常采矿作业及管理决策提供有力的保证。以正旺铁矿为研究对象,通过采空区地压活动的时空分布掌握地压活动规律,初步判定采空区的稳定性,再结合影响采空区稳定性的其他因素建立采空区稳定性预警等级,综合评价采空区稳定性。结果表明:通过对地压活动的时空分析能较好地掌握井下地压活动规律,考虑多因素的采空区稳定性预警等级能为矿区正常采矿作业提供更好的保证。