超长回采工作面微震特征的影响因素研究*

为探讨超长工作面微震特征影响因素,采用微震监测技术研究42108工作面微震事件的空间分布特征及冲刷构造、推进速度、矿压对煤岩体微震事件特征的影响机制。研究结果表明:微震事件集中发生于工作面辅运巷侧,微震事件的空间分布受临近采空区、上覆煤层煤柱影响较大;微震事件能量和空间分布特征与推进速度相关性较差,当推进速度超过5.5 m/d后,微震事件频次、总能量与推进速度呈正相关;过冲刷构造时工作面推进速度降低,微震能量、频次的稳定性较差,易造成大能量积聚,使工作面危险性增大;微震事件集中发生位置与矿压值较大区域相吻合。     

用沙坝断层滑移型微震事件群活动特征分析

提出利用空间聚类算法DBSCAN与S波、P波能量比(ES/EP)相结合的方法,识别得到开磷用沙坝矿2014年3—5月IMS微震监测系统数据库中F310断层附近的断层滑移型微震事件群。对微震事件群区域的微震事件活动率与时间分布特征、视体积与施密特数、b等特征进行分析。结果表明:微震事件主要集中在每天的12时到14时,震级大于-0.5级的微震事件主要发生在每天的11时到16时;4月3—10日、5月2—9日和5月16—23日3个时间段内微震事件活动频繁,而且都具有施密特数时间序列曲线斜率增大、累积视体积曲线急剧下降、b出现下降的特性,表明这3个时间段断层区域岩体不稳定,发生危险事故的可能性较大。相比于同等能量的爆破事件,断层滑移型微震事件更能诱发顶板冒落和矿柱坍塌甚至岩爆等灾害,分析其活动特征可为分析断层活动趋势提供有效的预判信息。     

深井综放工作面回采速度对矿震致灾的影响性研究

以从波兰引进的SOS微震监测系统为依托,对兖矿集团东滩煤矿深井大采高特殊开采条件下的1305综放工作面在回采期间的微震活动进行全时连续监测,并统计分析了1305综放工作面开采期间的微震活动发生次数和能量释放变化规律。结果表明:东滩煤矿深部1305综放工作面微震事件以低能量的释放为主,低能量微震活动有为强震积蓄能量的趋势;低能量矿震的次数、能量与开采速度呈近似线性正相关,而高能量矿震与开采速度呈非线性关系;开采速度的增大会增加矿震的次数和能量,致使震动总能量由低能量向高能量移动,动力灾害危险性增加;开采速度的稳定性对工作面围岩的应力分布有很大影响,同样开采强度下,匀速开采较非匀速开采的应力集中系数小,煤岩体储存的弹性能小,表现为微震的次数和能量都较低。研究表明,控制开采速度可以控制低能量矿震的发生次数和释放能量,慢速均匀开采能有效减少矿震发生次数。     

动载下巷道围岩微震响应特征及支护研究

为探讨动载下深部巷道围岩变形特征,采用微震监测系统、顶板动态监测仪及FLAC3D 数值模拟软件研究深部工作面回采中微震活动特征及巷道变形破坏特征,模拟动载前后巷道围岩及支护体力学响应特性。研究结果表明:微震事件分布与累计损失能量均呈现出明显的3阶段特征,与工作面开采过程出现的初次来压、采空区初次见方和遇见断层现象相对应;微震事件的分布在时间和空间上具有一致性;动载下顶板破坏程度大于底板及两帮;动载扩大了巷道围岩塑性区范围,改变了围岩的受力状态,增大了围岩的变形量与支护体的受力;通过增加锚杆直径、长度、排距及提高预紧力对支护结构进行优化,现场监测数据表明,优化后支护方案保证了围岩的完整性,限制了围岩的变形,减小了锚杆受力,能够有效控制采动影响下巷道围岩的变形,对采动影响下深部巷道维护保证煤矿安全生产具有参考应用价值。     

基于HHT的煤岩破裂微震信号分析

微震信号处理是目前研究微震监测技术应用领域中的一个重要课题,应用ESG微震监测系统采集煤巷炮掘过程中产生的煤岩破裂微震信号,针对所采集微震信号具有明显的持续时间短、突变快等特点,选用希尔伯特黄变换(HHT)对其进行处理。HHT包括EMD分解和Hillert变换两部分,微震信号经过EMD自适应分解得出9个IMF分量和一个残余分量,对各IMF分量进行Hillert变换做出Hillert谱,从Hillert谱中得出煤岩破裂微震信号频率响应主要集中在500-800Hz,用边际能量谱加以验证得出Hillert谱在应用中的准确性,为进一步认识煤岩破裂的机理和预测煤岩动力灾害提供了有效的技术途径。     

预置裂隙花岗岩受载破坏双差层析成像研究

为了更好地研究岩石破坏机理,开展了预置有剪切破坏裂缝形成预置破坏区的花岗岩受载破坏实验。利用微震监测系统采集岩样受载过程微震事件,采用双差定位算法对微震事件数据进行分析,计算了岩样受载过程各位置的岩石波速分布,并对应力分布进行了反演。结果表明,花岗岩岩样受载过程中沿预置的裂隙面失稳,利用双差算法对微震事件重新定位,多数微震事件数分布于预置断裂面或其周围。双差层析成像后的岩石波速等值线图显示,不同受载阶段预置破坏区波速结构与微震事件数量、强度分布及应力曲线特征有很好相关性,验证了该计算方法的可靠性。     

基于微震监测的岩体失稳智能预报

岩体稳定性预报是微震监测工作的重要组成部分。探讨微震活动性参数变化作为岩体稳定性预测的可行性,结合用沙坝矿实际生产过程中观测到的现象,提出微震监测岩体失稳预报的一般模式。根据b值在岩体失稳前先增大后减小的趋势作为危险预警初始条件;并将能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加的时间段作为岩体失稳的预警期,将事件数的急剧下降作为危险的临界状态。用沙坝矿根据这一原理建立的岩体失稳预报模式可以达到采场失稳的智能预报,解决了人工判别预警期过程中效率低的难题,保障矿山的生产工作。     

基于LOF的K-means聚类方法及其在微震监测中的应用

矿山微震事件集群是分析矿震的重要参考之一，其准确的划分对矿山微震分布特征和微震活动分析具有重要作用。提出了1种基于局部离群因子(Local Outlier Factor, LOF)的K-means聚类算法并构建了综合SSE评价指标和模型，通过LOF算法检测异常微震事件和选取初始聚类中心，利用Krzanowski-Lai指数确定最佳聚类分组数；采用模拟计算比较了不同数据集大小的聚类效果。结果表明:基于LOF的K-means聚类方法评分最高，聚类结果最好；并利用该聚类方法分析用沙坝矿1 649个微震事件的分布特征与微震活动性。实例表明，K=7为最佳聚类分组数，聚类簇的划分受断层滑移和矿山生产活动的影响。     

基于STSNN聚类算法的用沙坝矿微震事件活动特征研究

利用时空共享近邻聚类算法（STSNN）对用沙坝矿微震事件进行聚类分析,通过对噪声率进行有效性评价,最终确定k=6和ΔT=6为该算法的最佳输入参数,识别得到98个微震事件聚集区域,最大类簇有544个微震事件,并且该类簇主要集中在用沙坝矿的断层区域。对该类簇微震事件活动特征进行分析,主要包括微震事件的24 h分布、微震事件活动率、视体积、施密特数及劲度系数,根据活动规律的变化特征,提出微震活动率急剧下降并且累积视体积曲线忽然上升、施密特数和劲度系数先升后降的点作为岩体失稳发生破坏性事件的预警点。通过对微震事件活动规律的研究可为大事件的产生提供有效的预判信息,为保证矿山安全生产发挥重要的作用。     

自然崩落法顶板稳定性监测分析与预警研究*

为有效预警自然崩落法开采过程中顶板大面积崩落,确定顶板失稳预警期,基于微震、时域反射、钻孔电视等综合监测数据,研究岩体失稳过程点监测数据及微震活动性参数变化特征。结果表明:基于多源参数可有效预警顶板失稳事件,但点监测无法兼顾整个采区顶板,大尺度区域性监测主要依靠微震监测系统;根据顶板失稳事件前后b值、累积视体积、能量指数、施密特数等微震活动性参数变化特征,确定普朗铜矿顶板失稳预警期为24 d。研究结果可为后续整个采区其他区域顶板稳定性监测预警工作提供借鉴。     

基于梅尔倒谱系数的矿山复杂微震信号自动识别分类方法

为了实现矿山复杂微震信号的自动高效识别与分类,保证后续微震分析的时效性和准确性,运用梅尔倒谱系数法,将原始的4种微震信号(岩体破裂、爆破振动、电磁干扰和钻机凿岩)转化为梅尔标度上的非线性频谱,再转换到倒谱域上,结合其在时域上的差分得到1组24维的特征参数向量,利用这些特征参数向量训练构建各类事件对应的混合高斯隐马尔可夫识别模型,进而实现对微震信号的自动识别分类。研究结果表明:运用基于梅尔倒谱系数的微震信号识别分类方法对矿山实际微震数据进行测试,微震事件的识别分类准确率达到92.46%,具有较高的准确性,为实现微震监测系统的实时性分析提供了技术支持。     

多手段综合分析特厚煤层分层开采覆岩破坏高度

为研究特厚煤层分层开采过程中已采工作面上覆围岩破坏高度,以老虎台矿83002已采工作面为例,分别采用EH-4物理探测、数值模拟和微震监测等多种手段进行分析论证。EH-4探测确定了垮落带和裂隙带位于油页岩层内,高阻区位于绿色页岩和砂砾岩的交界面,F1断层处出现离层空间,数值模拟和微震监测对该结果进行了验证;数值模拟和微震监测综合确定了覆岩破坏高度为400～485 m,为累计采高的6.3～7.5倍。研究成果可对下一分层83003工作面的安全开采进行指导,为类似条件矿井提供借鉴。     

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。     

华丰矿采场顶板破裂位置实时微地震监测技术研究

简单介绍了微地震监测的原理,结合华丰煤矿的具体应用情况,介绍了微地震监测技术的应用方法、特点及其效果.应用矿山压力理论建立了华丰矿采场顶板运动规律模型,并计算得出了直接顶和老顶的范围.与微地震监测结果比较,发现两者结果基本一致,证明微地震监测可以用于预测顶板运动规律.微地震监测技术对确定采场覆岩"两带"高度、预报采场顶板破坏、预测煤与瓦斯突出,从而预防灾害发生、保证煤矿安全生产并提高资源回采率等具有重要意义.     

基于微地震监测的华丰煤矿深孔爆破防冲技术

为提高深孔爆破措施对防治华丰煤矿冲击地压的有效性,采用微地震监测技术连续监测其1410工作面围岩破裂情况。根据采场附近岩层"破裂-应力"对应关系,得到工作面前方、侧向及垂直方向上的支承压力峰值区,由此确定深孔爆破卸压的具体参数。结果表明:卸压孔深40 m(倾向投影为4倍采高)时,爆破对煤岩的整体性破坏明显,煤岩体中积聚的弹性能得到释放。监测期间共释放能量9.47 MJ,高应力区向煤岩深部转移,采场附近形成一定的卸载区域,减弱或消除了煤岩体的冲击危险性。     

矿山微震时间序列的相空间构建与混沌吸引子维数确立

为了进一步挖掘矿山微震信号内蕴藏的信息,初步研究了微震信号的混沌特性。针对矿山微震信号非平稳、非线性的特点开展了以下研究:建立了一维时间序列的相空间重构模型,分析了一维和多维微震时间序列的空间相型;选取了矿山现场监测一维微震时间序列（N=2 000）,利用自相关函数求取了时间序列的延迟时间τ;建立了微震时间序列关联分维数的循环计算模型;最终确立了相应临界距离r（r=250）和相空间维数m（m=50）的值,计算求得分维数D的值为1.088 5。研究结果表明,微震一维时间序列的吸引子维数存在,同时也证明了微震时间序列具有混沌特性。该研究结果为利用混沌理论处理矿山微震数据,如初始到时精确拾取、信号特征分析与提取以及波形降噪等提供理论依据。     

Analysis on rock burst danger when fully-mechanized caving coal face passed fault with deep mining

When fully-mechanized caving face passed fault, rock burst accidence easily occurred. The SOS microseism monitoring system was applied to monitor the microseismic activities all time occurred in the coal and rock mass near the fault area. Variation features of microseismic energy releasing and microseismic frequency were analyzed. Numerical simulation method was used to research the abutment stress distribution when coal face passed fault, which was compared with microseism occurrence rules. When the coal face approached to fault, the abutment stress increases gradually, so the high stress would accumulate near the fault region. When the coal face left fault, the abutment stress decreased. The SOS microseism monitoring results showed that microseismic activity in the fault area had a high instability. When the coal face neared to the fault, total energy value and frequency released by the microseism steadily increased. The maximum energy peak value also had the tendency to rapidly increase. Before the strong shock occurred, there was a period of weak seismic activity. The weak seismic activity showed energy accumulation for strong shock, which can be used to forecast the danger of rock burst.