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。     

掘进工作面瓦斯异常涌出的微震前兆特征分析与验证

为了探索煤与瓦斯突出的微震监测可行性,在贵州某矿11112掘进工作面开展了巷道掘进过程中瓦斯异常涌出的微震响应规律研究,寻求了微震、声发射、电磁辐射三者与敏感指标瓦斯浓度之间的内在关联特征。通过分析煤与瓦斯突出的微震监测预警机制,结合该掘进工作面的实测数据进行统计分析,得到如下结论:(1)微震技术内因(瓦斯压力)、外因(地应力等)的联合监测机制是瓦斯突出预警的前提和基础;(2)瓦斯异常涌出是煤与瓦斯突出的直接征兆,瓦斯涌出变化伴随有较明显的微震响应;(3)微震的震动频次、能量(震级)、分布规律等指标与瓦斯异常涌出之间存在关联规律;(4)以掘进工作面瓦斯涌出异常为参照,对比验证了震、声、电参量与瓦斯数据的内在联系。本文研究初步探索了基于微震监测的煤与瓦斯突出前兆特征挖掘及预警方法,对煤与瓦斯突出灾害的监测预警具有一定参考意义。     

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.     

突出煤层微震动态响应与多参量指标预警方法

针对目前常规监测预警技术及单一预警指标难以适应整个采掘过程等问题,以贵州义忠煤矿为工程背景,基于微震监测技术手段,分析井下典型信号的微震响应特征,研究微震预警指标与瓦斯涌出动态指标的相关性,形成一套科学、完备的预测指标体系.提出煤与瓦斯突出危险性的动态评价与参量联合预警方法,基于多指标参量联合预警的综合预警机制,对预警模型触发的预警进行分级处理,共划分为安全、较安全、危险和高度危险4个预警响应等级.实现微震信号的连续采集、预处理，微震事件的多维展示和时空分析,收集打钻等煤矿井下典型干扰信号,完成各类型信号的特征分析.通过微震指标与常规预测指标的相关性分析,认为微震指标的变化特征与突出危险性预测指标、瓦斯涌出指标变化有较好的一致性.研究结果可为实现煤与瓦斯突出微震预警提供理论支撑.     

深埋隧洞不同掘进方式下即时型岩爆微震对比分析

对某水电站引水洞和施工排水洞钻爆法及TBM开挖段的施工过程进行连续性实时微震监测,将即时型岩爆孕育及发生过程中获得的微震信息进行了对比分析.结果表明:深埋硬岩地下隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程中,微震事件在空间位置上从初始的不规则零散分布不断向岩爆区域集合,并且数量不断增加;累计微震释放能以及塑性体积的平均微震释放能均不断增大,TBM开挖过程中岩体能量释放要大于钻爆法开挖;TBM开挖强烈岩爆发生前有轻微~中等岩爆伴随发生并且随着岩爆的孕育过程而逐渐递增,而钻爆法开挖不具有这一现象.     

爆破开挖扰动作用下深埋隧洞的微震分布规律

基于地应力高、开挖断面大、日炮次多、爆破扰动强的施工环境下的微震监测数据,研究了爆破开挖扰动作用下深埋隧洞的微震分布规律.结果表明:爆破开挖卸荷影响范围内的微震活动既与围岩应力重分布有关,又与爆破扰动密不可分;爆破扰动是开挖卸荷影响范围之外微震活动的主要诱因,是时滞型岩爆孕育发生的重要影响因素之一;微震分布区域与爆破地点的相对位置及距离密切相关.研究结果可为钻爆法开挖下的隧洞岩爆防治提供参考.     

煤矿高应力巷道冲击地压微地震监测技术应用

 针对山西某矿盘区大巷受应力集中影响处于高应力状态,巷道支护困难,多次出现片帮、底鼓、U 型钢支架被推倒等动压现象,受到冲击地压威胁,将微地震监测技术应用于该大巷对其顶板岩层破断情况进行监测,共安装2 台分站和18 个测点,以实现对该区域内冲击地压灾害进行监测预警。2014 年2 月1 日至3 月16 日的监测结果表明,监测区域内每日微震事件发生0~4次,事件能量较小,微震事件集中在2 个区域,与现场采掘活动密切相关,因此应加强微震事件密集区的监控,如果出现异常应立即采取停产卸压等应对措施。     

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.     

深部大采高综采工作面微震活动规律多因素分析

为探索深部大采高综采工作面冲击地压监测技术,基于现有的微震监测技术与装备,并结合采场布置与生产接续安排情况,研究了深部大采高综采工作面微震活动规律.对工作面从开面到"见方"阶段大量微震事件进行统计分析,得出诸因素如空间、时间、煤层及工作面生产活动对微震活动造成的一般性规律,为下一步同类工作面开采提供防冲监测依据.     

微震监测技术在煤矿动力灾害防治中的应用

煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出、突水等地质灾害,与煤岩体中的微地震现象有着必然的联系。开展高精度微震监测工作．通过判识潜在的煤矿动力灾害活动规律,进而实现时煤矿动力灾害实现预测预警。     

深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法,以冬瓜山矿床开采为对象,对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究.由矿岩力学试验,采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性,指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性;电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起,具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆;现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域;从岩爆预防角度,采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标,对采场结构参数、开采步骤等进行了优化;从减少能量贮存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面,得出了具体的岩爆防治措施.图3,表2,参11.     

深埋TBM隧道施工微震监测规律

随着各类地下工程向着深部发展,因开挖卸荷导致的围岩失稳问题日益突出。为了对围岩失稳进行预报预警,该文以西藏在建的某公路隧道为研究对象,构建了微震监测系统,总结了深埋隧道隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)开挖过程中微震活动的时空演化规律,揭示了微震事件b值与围岩失稳风险水平之间的关系。结果表明:微震事件数及其能量随TBM日掘进进尺的增大而增多;岩体垮塌发生前,微震事件在空间上聚集,时间上呈增多趋势,微震事件聚集区域与岩体垮塌位置吻合;微震事件b值能够表征隧道围岩稳定性。研究结果验证了微震监测技术用于洞室围岩稳定性评价的可行性,并为微震监测技术在类似工程中的应用提供了参考。     

岩爆结构面强度的弱化特征

岩爆破坏以其突发性与瞬间破坏性等特点,在工程中很难予以预防.本研究基于动力学与能量作用原理,通过固有振动频率等振动特征指标实现对边界剪切弹性系数的计算.在物理模型试验中,应用多普勒激光测振仪对岩爆体破坏全过程进行远程振动特征监测.试验得出,结构面强度的非协调弱化效应是岩爆发生的必要条件,结构面弱化的时空差异是发生瞬时性岩爆还是迟滞型岩爆的主要因素.当结构面弱化较慢时,则为迟滞型岩爆,反之,则为瞬时性岩爆.基于固有振动频率可识别岩体结构面的弱化速率,岩爆发生全过程中,结构面的总耗散能仅为赋存弹性能的0.06%,使得几乎所有的弹性动能都将转化为冲击动能,表现为岩爆体以高速的形式弹射出来.基于频率下降速率等监测数据分析,可识别岩爆结构面强度的非协调弱化特征.因此,增加固有振动频率等动力特征监测指标,无疑会进一步提高对岩爆孕育演化特征规律的认识,并在地下空间工程岩爆预警监测方面发挥重大作用.     

冲击地压监测系统的实际应用

为了摸索煤矿因采深的逐步加大,造成煤矿冲击地压危险性增大的原因,进一步了解冲击地压发生的前兆,通过对ARAMIS M/E微震与ARES-5/E地音两套冲击地压监测系统的功能应用,数据整理、分析,大能量震动事件发生前煤岩层内破裂信号的接收对比分析,充分说明冲击事件的发生前,存在短期的应力变化阶段,及时对冲击事件的发生做出预测预报。     

不同轴向应力下瞬态卸载诱发岩爆破坏数值模拟

运用RFPA2D进行岩石试样瞬态卸掉围压数值试验研究,旨在探讨在不同地应力条件下隧道、洞室等实际工程开挖时诱发的岩爆过程和机理.首先进行单轴加载数值试验,然后进行同围压不同轴向应力下瞬时卸载围压诱发岩爆数值试验.结果表明:单轴加载时试样集中某狭窄带破坏,有少量微震事件;瞬态卸载却集中自由面附近较大面积损伤,卸载前几乎没...     

基于X3DOM的矿山微震三维交互平台开发及其应用

针对矿山微震事件数据量大、来源复杂、多人异地操作不便等问题,基于X3DOM开发了矿山微震三维交互平台。该平台利用数据库存储采集的基础数据,为系统平台的建立提供支撑;使用Python语言调用Blender建模功能,生成井巷系统三维空间模型,并导出x3d文件;以X3DOM为技术框架,利用JavaScript调用三维井巷系统几何模型x3d文件、编写微震事件模型算法,实现矿山三维虚拟场景创建、微震事件交互展示等;同时,以Apache为网络服务器,形成在浏览器端登录网页,即可访问B/S模式的矿山微震三维交互平台。本文以山东某矿为例开展研究,结果表明:该平台支持多人在线同时访问,为用户提供了强有力的微震事件实时监测、采掘活动与微震事件相关性研究平台。     

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.     

动力扰动下煤体破裂电磁和微震响应特征及关联性

利用煤岩动力灾害监测系统(ZDKT-1型)对平煤十矿10次爆破作业进行实时监测,分析煤岩体在动力扰动下破坏失稳的电磁及微震信号特征,并探究两类信号的耦合关系.研究结果发现:煤矿井下电磁和微震背景噪声为具有多个主频的宽频扰动,且不严格符合50 Hz的倍频;爆破作业电磁信号存在明显脉冲特性,单边幅值在14 mV左右;而微震信号波形为更具对称性的简谐振动,单边幅值也明显大于电磁信号;爆破掘进现场的电磁和微震信号在时间上具有很好的同步性;电磁和微震信号能量符合较好的线性关系,拟合相关性系数达0.966.     

矿山微震监测结果可视化

为了解决矿山微震进行可视化问题,采用模拟方法介绍了矿山微震监测结果可视化原理及成像方法,用计算机可视化方法分析矿震灾害,模拟矿震灾害的发生结果,用图表的形式实时反映矿山微震具体参数的变化情况.利用Visual Basic实现了程序部分,并且对AutoCAD与Excel进行二次开发,用直观的图形、图像、图表、曲线等来显示矿山微震监测结果.实现了矿震发生的地点、能量、时间、频率等基本参数的可视化,快速动态地反映矿震模拟数据结果,达到预警和紧急避险的目的.     

隧道施工期岩爆超前地质预报方法探讨

为解决硬质岩隧道高地应力环境下岩爆预测方法少,预测准确度不高的难题,本文通过分析隧道勘察期地应力和施工期岩爆特征,基于沟谷型岩爆首次提出TSP物性参数预测岩爆段落的方法,并形成了一套岩爆分析的全序列预测体系(岩爆环境分析、物探长距离预测、微震监测近距离预警、现场观听),可远、中、近有层次预测岩爆风险。研究成果表明：(1)小于500 m埋深的沟谷型岩爆有沿洞轴向呈“链式”发生的特点,深埋大于800 m的深埋型岩爆具有一定离散性。(2)满足动态弹性模量>70 GPa,静态弹性模量>60 GPa,密度>2 800 kg/m³,泊松比<0.25,横波波速v_S>3 200 m/s,纵波波速v_P>5 500 m/s,发生岩爆可能性更高;(3)掌子面炮孔钻进明显缓慢,少量有堵孔现象,爆落有效进尺小于炮孔深度,人耳偶尔可听到围岩表层有爆裂声,声响剧烈且持续时间长,发生岩爆风险更高;本文研究成果和手段可为类似高地应力环境下岩爆预测和防控提供参考,具有推广意义。