冲击危险区域多元地球物理指标动态辨识方法及其应用

精准识别冲击危险区域并给出危险程度及其演化规律对冲击地压防治具有重要意义。采用变形局部化与多元地球物理指标空间扫描相结合的方法,探究大能量事件发生区域的微震前兆特征,追踪冲击危险区域的动态演化过程。基于变形局部化原理,利用梯度显著性指标识别变形局部化区域,圈定冲击危险区域;采用滑动窗扫描方法,研究了变形局部化区域内的b、A(b)、S等物理指标空间分布特征,以掘进期间梯度显著性指标识别的微震聚集区域内大能量微震事件对应的b、A(b)、S、△F、A(t)作为划分工作面回采期间冲击危险等级的阈值;利用贝叶斯网络法分析各个物理指标预测危险区域的效能,构建综合预测危险区域模型,计算物理指标权重并得到综合预测指标,并以513工作面进行实例分析。结果表明:地球物理指标可以识别微震聚集信号,判断危险区域,根据513工作面实际监测数据判断出3个微震事件聚集区域;物理指标的空间扫描结果与微震数据的聚集区域具有同步的特征,大能量事件发生时,所在区域的物理指标值高于冲击危险阈值,物理指标空间扫描辨识的危险区域与微震数据聚集区域基本一致;利用综合预测危险区域模型,对工作面回采期间危险区域进行迭代式预测,结果表明:冲击危险事件多发生在综合预测指标所预测的强冲击危险区域内,并随着回采期间微震数据的叠加,强冲击危险区域逐步集中,与冲击危险事件位置的重合度更高。综合预测指标预测效能总体高于单个物理指标,显著增强了精准预测冲击危险区域的能力。

基于多因素耦合量化表征模型的冲击危险区域划分

针对现有冲击危险评价方法不能准确体现冲击危险因素影响下应力集中变化特征等问题,提出了基于多因素耦合量化表征模型的冲击危险区域划分方法。首先,根据地下煤层的地质条件、巷道分布、开采范围等实际情况,分析得出主要的冲击影响因素;其次,分别参考多因素叠加法和应力分析法,确定各类冲击影响因素的影响范围及相对应力集中系数;然后,基于煤岩体内部微元强度分布函数,构建冲击危险多因素耦合量化表征模型;最后,将冲击影响因素的影响范围及相对应力集中系数代入量化表征模型,得到煤层应力分布结果,根据应力分布结果进行冲击危险等级划分,得到冲击危险区域分布情况。以山东新巨龙能源有限责任公司3煤层为例,通过分析叠加断层、大巷和采空区等主要冲击危险因素引起的应力集中,制定合理的冲击危险等级划分标准,得到了3煤层冲击危险区域划分结果,并进行了现场验证。由评价工作完成前后发生的矿震事件可知,冲击震源主要集中在强冲击危险区域,这与区域划分结果较为吻合,从而验证了该方法能够有效地定量划分煤层冲击危险区域。

深井不等宽断层煤柱诱发冲击地压机理研究

以采深超千米且存在不等宽断层煤柱工作面为工程背景,分析了断层构造应力和临断层采动工作面上覆岩层运移对冲击地压的影响,进而研究了不等宽断层煤柱诱冲机理。研究表明,断层构造应力和煤层上方悬露覆岩应力叠加超过不等宽断层煤柱综合强度导致了冲击地压发生。通过构建断层构造应力模型、悬露覆岩载荷模型和不等宽断层煤柱承载模型,推导了不等宽断层煤柱能否发生冲击的力学判别式,可用于断层煤柱区域冲击危险区的精确划分,为提前采取针对措施提供依据。研究成果经现场实践,实现了工作面安全开采。

深部冲击危险工作面主被一体化波速反演预警技术

为解决深部冲击危险工作面震动波反演周期长、射线覆盖率低、结果不可靠的技术难题,提出采用主、被动震动波一体化波速反演技术对工作面冲击危险区域进行监测预警。基于SIRT算法,对监测区域进行波速反演并分析应力分布情况,大大缩短反演周期,利用该技术的预警指标快速获得冲击危险区域。以安居煤矿2309工作面为例,提出单日波速CT反演与连续六日波速CT反演相比较的方法,深入研究深部冲击危险工作面回采期间应力分布规律。研究结果表明:工作面回采期间,该技术准确预判工作面内高应力分布区域,确定冲击危险等级。结合现场钻孔检验,验证了该技术反演预警的准确性,应用效果良好。

冲击危险采区防冲优化设计探讨

很多冲击地压事故发生的主要是由于开采设计不合理引起的,不合理的巷道布置及开采顺序将会形成高应力集中区,对后期的冲击地压防治及安全生产造成隐患;冲击危险区域煤炭的安全开采应从设计源头做起,最大限度降低或避免人为形成的高应力集中条件。本文针对东滩煤矿十四采区西部区域的安全开采问题进行了防冲优化设计,为采区后期的冲击防治工作打下了基础。

基于图像识别技术的冲击地压危险区域智能化评价方法

针对传统冲击地压危险评价方法计算量大、危险区域划分精度低等问题,为适应冲击地压防治智能化、可视化的发展需求,提出了一种基于图像识别技术的冲击地压危险区域智能化评价方法。采用半定量化估算方法,对11项冲击地压危险的动静载主控因素进行量化表征;基于OpenCV机器视觉库和深度学习模型,实现对单一主控因素的图像识别;通过构建图像灰阶与应力集中系数的映射矩阵,实现对单一影响因素的线性与非线性叠加,得到评价区域的应力集中系数矩阵;采用min-max标准化法构建冲击地压危险区域的“无、弱、中等、强”4级判别标准,实现分级分区评价。基于Python语言开发了冲击地压危险智能化评价软件,并对软件实际应用效果进行了检验,结果表明:软件将传统仅针对巷道的一维线性危险区域划分方法改进为针对整个采掘空间的二维平面划分方法,显著提高了评价效率和危险区域划分精度,降低了人工成本;评价结果与微震能量密度云图、现场实测矿压规律一致性较高,可为现场冲击地压防治工作提供有效指导。

园子沟煤矿冲击地压灾害治理技术研究

园子沟煤矿主采2-1煤、2煤,煤层具有弱冲击倾向性,井田范围内赋存的褶曲、断层等构造较多,部分断层落差达到10 m以上,受构造应力影响较大,冲击危险性较高。以首采1012001工作面为例,划分了掘进期间11个危险区域、回采期间10个危险区域。采用迎头钻孔预卸压、巷帮及底板钻孔卸压、补强卸压、顶板压裂卸压等措施,将煤岩体积聚的能量被缓慢耗散至安全范围内。通过钻屑法对卸压措施进行效果检验可知,冲击防控措施取得了良好效果,有效解除了工作面冲击危险性。