微震监测技术在煤矿突水监测中的应用

为了解决每层地板破裂产生微震,而监测震源是确定突水部位这一关键问题,采用微震监测技术在峰峰矿区梧桐庄煤矿进行了底板突水预测试验研究,发现微震规律符合煤层底板"递进导升"的突水机理。根据监测结果,反求力学参数,模拟开采,就可以预测下一步可能破裂或微震的发生部位,进而实现突水的预测预报。该技术对煤矿安全高效生产有重要的意义和良好的应用前景。     

微地震事件震源机制求解技术

微地震技术是通过监测致密储层压裂改造产生的微地震波,用于评价分析压裂效果、指导压裂工艺优化的地球物理技术。根据微地震事件的震源机制解可以描述压裂过程中裂缝破裂情况,能够更好地分析水力压裂裂缝的延伸和展布特征。利用纵波初至来估算震源机制解是一种比较直接的反推震源性质及破裂过程的方法,但该方法对微地震监测数据的品质要求较高,既需要足够多的台站监测纵波信号,又要求纵波初至具有较高的信噪比。针对常规方法的不足,采用纵波和横波的能量比计算微地震震源机制解,即通过纵横波能量比值来判定压裂震源点是剪切性破裂还是拉张性破裂。将纵横波能量比方法与常规矩张量反演方法进行对比,两者计算结果具有较高的相关性,微地震监测实际数据验证了该方法的可行性和有效性。     

采动条件下底板潜在导水通道形成的微震监测与数值模拟

以某矿综放工作面开采过程为背景,利用微震监测技术进行现场监测,并借助有限差分FLAC^3D进行数值分析,研究在采动应力场不断变化过程中底板岩体微震破裂事件的时空演化规律,揭示煤层采动条件下潜在导水通道的孕育、发展和贯通过程.微震监测结果表明:微震事件数一定程度上反映了开采扰动对底板岩体破坏程度的影响;采煤期间,回采工作面附近微震事件呈现密集分布,底板岩体采动破坏严重,底板破裂深度达15m.数值分析表明:由于煤层采动导致采场周围应力重分布,工作面前方应力增高,采空区下方应力降低,底板岩体随工作面回采经历了应力集中、释放并最终破坏;底板塑性破坏区深度达14m.     

高精度微震定位采场支承压力分布特征

为定量分析煤矿采场支承压力分布特征,采用微地震监测技术对采场支承压力进行了研究。提出了一种能够显著提高震源定位精度的速度模型反演方法,构建了求解分层速度模型的目标函数。在陕西省境内某矿布置井地联合微震监测系统,并采用标定炮的方式验证了水平分层速度模型井地联合监测方案的定位精度明显高于近水平单一速度模型监测方案。采用水平分层速度模型对监测区域内微震事件进行高精度定位,并结合矿山压力理论,对采场支承压力分布规律与微震事件频次、能量之间的特征进行了研究。结果表明:正常回采过程中受采动影响的超前支承压力范围是工作面前方0～90 m,工作面前方40～70 m范围内为高应力集中区,上、下顺槽的侧向支承压力影响范围分别为0～70 m和0～80 m;研究结果为微地震监测技术在矿山工程领域的应用提供了一定的参考依据。     

红透山矿深部开采岩爆潜在区微震活动性研究

应用表面应变法测试了红透山矿深部开采地应力值,据此对红透山矿深部岩体的矿岩冲击性进行分析;在-767m水平13采场构建红透山铜矿三维地质模型,布设传感器,建立矿山微震监测系统,对深部地压活动规律进行连续监测,捕捉由地压活动引起的微震活动信息,并实现微震源定位.应用神经网络模式识别方法将微震监测信息中的干扰信号(爆破、凿岩、动力电等)剔除,有效地显现微震监测定位结果;通过区分微震能量释放大小来区分不同微震事件的产生原因;对连续监测的微震活动事件进行时间非线性分析,根据在单位时间内微震事件活动数目来判断岩爆发生的可能,这对于开展矿山动力灾害的预测研究具有重要的现实意义.     

高铁波场等效震源时间函数反演方法研究

基于桥墩均匀分布且高铁列车匀速行驶情况下, 每个桥墩源的震源时间函数仅存在时间延迟差异的假设, 分别通过构建均匀空间声波模型以及半无限空间弹性波模型, 计算格林函数, 给出反演所用的线性方程组。利用最小二乘法对高铁波场的等效震源时间函数进行反演, 测试在一定噪声水平下的反演效果, 探讨各种因素对反演结果的影响。     

岩石张拉及剪切破裂声发射震源机制分析

选取花岗岩,开展三点弯曲和剪切加载条件下声发射试验,采用单纯形算法与矩张量理论分析了不同破裂类型微裂纹的时空分布特征.研究结果表明:在加载过程中,三点弯曲试样总体上以张拉型破裂为主,岩石最终破坏时,张拉型裂纹所占比例超过50%;剪切试样以剪切型破裂为主,最终剪切型裂纹所占比例超过60%.声发射事件的群集区域和矩张量分析结果与最终的岩石破裂结果相一致,说明矩张量理论能够定量描述岩石在加载过程中张拉应力、剪切应力的分布和迁移规律,这为岩石破裂过程中微裂纹的相互作用和贯通机制提供了良好的分析手段.     

高铁地震波场特点的理论分析

为了利用高铁震源反演浅层或深层地下结构, 将高铁铁路桥墩视为点源位置, 分别利用波阵面叠加、求解声波波场和半无限空间弹性波波场等方法, 对高铁激发的远场波场进行模拟。利用不同类型的震源时间函数与格林函数卷积计算得到的波场结果显示, 考虑高铁自重影响的桥墩静力响应的低频震源时间函数对应的波场与实际记录具有一定的相似性。     

基于误差最小原理的微震震源参数反演

为减小矿山地质、岩性、施工等因素对震源参数测量精度的影响,提出一种基于误差最小原理的震源参数反演算法(均匀速度模型),在目标函数取最小值条件下拟合出最优震源参数。研究结果表明:无论是对内场震源点还是对外场震源点进行定位分析,提出的反演方法比传统的定位算法具有更高的定位精度。克服传统方法由于现场实测波速与真实波速之间存在误差而影响到拟合精度的缺点,可满足实际工程监测需要,研究结果可为相关工程的微震准确定位提供参考和借鉴。     

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.     

基于微震监测的高强度开采工作面围岩响应规律

将微震监测系统引入西部高强度开采的典型矿区——小纪汗煤矿,实现了整个监测区域的"空间"监测,更为全面地捕捉围岩内部破裂信息,基于微震监测数据分析了煤矿工作面的矿压显现规律、岩层运动规律和围岩应力变形规律.结果表明:随着11203工作面的不断开采,微震事件的演化呈周期性变化,与工作面矿压显现规律密切相关,且周期来压平均步距为23 m.划分得到了工作面"三带"的范围及工作面开采扰动影响范围,为工作面的支护设计和灾害防治工作提供数据支撑.     

基于微震监测的金属矿山地压演化规律分析

为研究金属矿山采矿活动中地应力、微震活动与地压演化的关系,采用高精度微震监测系统对矿山开采过程中微震活动的时空分布特征进行分析,通过对同一时间轴下的微震的活动性、微震累积视体、能量指数等参数的变化特征研究,分析了矿山采矿过程微震活动的时空演化规律及矩震级分布,揭示了矿山地压演化规律及趋势。并成功的在内蒙古某金矿工程采矿中应用,研究结果验证了高精度微震监测系统用于矿山地压演化规律分析的可行性,可为微震监测系统在此类工程的应用提供参考。     

矿山微地震活动时空分布

利用最短距离聚类法对某矿山微地震活动的时空分布进行了分析,结合现场采掘计划,有效识别了井下地压活动区．通过建立各活动区内微震参数时间序列曲线,研究了局部围岩的应力变形规律,探讨了岩体失稳的前兆规律．结果表明：研究期间井下各微震聚集区相互孤立,采掘活动不会引起大范围的地压活动;微震累计事件数及累计能量时间序列曲线出现由平静突然增大时表征了岩体内累积应变能的突然释放,预示围岩稳定性的劣化．根据研究结果,最终建立了基于微震监测技术井下岩体稳定性研究的一般模式．     

低渗储油层水力压裂裂缝延伸过程及成缝机理

为了评价花古6井低渗储油层的压裂效果，在该井地表建立了微震监测系统.基于微震监测结果，利用裂纹延伸路径分析方法及矩张量分析方法对压裂过程中裂缝延伸的时空过程及成缝机理进行了分析.分析结果表明:不同黏度液体注入时，裂纹的空间展布具有不同的特征，注入高黏液时储层中形成了裂缝密度较低的缝网，注入低黏液时储层中形成的缝网具有延伸路径短、分叉明显、密度高、范围大等特征，注入中黏液会在储层形成一些始于分支裂缝端部的裂纹;裂缝的破裂类型以剪切破裂为主(占比89.5%)，并且破裂类型占比不受液体黏性的影响.     

双江口水电站深埋地下隧洞微震活动特征分析

双江口水电站尾调交通洞埋深大,围岩主要由花岗岩组成,地应力高,地应力与岩体强度比值大,开挖卸荷作用下围岩极易发生岩爆现象。本文结合地质资料、开挖形式,对岩爆分布及破坏特征进行了分析。并利用微震监测,采集并分析微震事件特征,揭露了岩爆与微震事件的内在联系,研究结果发现：双江口尾调交通洞微震事件主要聚集于靠山侧,在岩爆发生前24小时突然聚集;高应力围岩在开挖作用下的应力调整是岩爆发生的根本原因。该研究结果可为类似工程中岩爆的监测与预报提供一定的借鉴作用。     

矿山注浆帷幕渗水通道形成过程

根据张马屯铁矿注浆帷幕漏水实例及排水试验结果,通过帷幕及其周围岩体破裂诱发的微震活动研究了渗水通道的形成过程.结果表明:渗水通道的发展主要受采矿活动与帷幕间距离的影响,采矿活动周期性接近与远离帷幕引起帷幕及其周围岩体受力状态的阶段性变化导致渗水通道上微震活动呈现出交替的活跃与沉寂.渗水通道的形成、发展伴随着大量微震活动,利用微震监测方法可分析渗水通道的形成过程及形成原因,确定潜在渗水通道的空间位置,所以微震监测方法是一种极具发展前景的注浆帷幕稳定性监测方法.     

矿井突水模型试验顶板离层破断数值模拟研究

针对矿井突水模型试验中的顶板离层破坏,用有限差分程序(FLAC)中的interface单元模拟层理面,开展流-固耦合模拟研究.实现了对矿井突水模型试验中顶板离层破坏和突水全过程的模拟,模拟结果较好地刻画出煤层开采后顶板岩层从沉降、离层直至垮塌突水的整个过程,能有效反应出矿井突水前顶板围岩位移急剧增大,渗压先增大后迅速降低的过程.同时将计算结果与试验监测数据进行了对比,二者吻合较好,表明所用的方法能够正确模拟矿井突水和顶板破断过程,该方法可以为矿井顶板离层破断突水等问题提供数值基础和相关前兆参数.     

矿井突（涌）水预测及预警研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式,尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上,建立了广义三重介质流一固耦合模型,为突（涌）水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系,应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和智能判别技术,建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。     

基于微震监测的浅埋工作面动压预警技术研究

石圪台煤矿为更有效地预测预报动载矿压事故,应用KJ768微震监测系统对31201工作面回采期间进行监测。根据微震事件的数量及能量与顶板来压之间的规律,总结出3-1煤顶板来压预警数量指标为15个微震事件,总能量指标为4.0E+10~5J;2-2煤顶板来压预警数量指标为30个微震事件,总能量指标为8.0E+10~5J。根据预警指标准确预报了动载矿压事故,为矿井的安全高效开采提供了保障。