煤与瓦斯突出的微震前兆特征与预警模型研究

作     者：朱南南 

作者单位：煤炭科学研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：张浪;范喜生

授予年度：2018年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：煤与瓦斯突出 微震预警 声发射 微震前兆 预警模型 矿压活动 瓦斯涌出 

摘      要：微震监测技术作为动态预测最具前途的方法之一,其预警突出仍然停留在探索阶段。为了研究微震监测技术预测煤与瓦斯突出的可行性和预警方法,本文采用实验室试验、数值模拟、理论分析和现场试验相结合的方法,研究了不同类型突出煤体变形破坏过程的声发射演化特征;探讨了四种典型突出危险的微震前兆特性;基于前人现场监测数据,揭示了现场煤与瓦斯突出(危险)的微震前兆特征,并提出了综合突出危险预警模型;且在阳煤集团新元煤矿开展了微震监测预警突出的工业化试验研究,取得以下研究成果:(1)实验室试验研究了不同类型突出煤体变形破坏过程的声发射演化特征,得出了加载应力和煤体力学性质对声发射的影响规律:原煤声发射参数与应力之间总体上呈正相关关系,而型煤声发射参数的演化分为两个阶段,峰前的平静期和峰后的爆发期,其破坏的声发射参数具有突增性;原煤声发射参数的均值和峰值均远大于型煤的声发射参数对应值。(2)基于声发射的实验结论和前人的研究成果,数值模拟定性分析了四种典型的掘进工作面突出危险的微震前兆特征:煤巷掘进遇区域构造煤和煤巷掘进遇软分层时,微震信号演化经历了三个阶段,安全期、前震期和平静期;而石门揭煤和煤巷掘进遇断层时,微震强度总体上呈逐渐增大的趋势。(3)基于四种典型突出危险的微震前兆特征,并结合现场煤与瓦斯突出(危险)的微震前兆特性,建立综合突出危险预警模型:该模型包含三条判据,第一条判识预警指标的高值异常;第二条判识预警指标的相对变化率的高值异常;第三条判识预警指标的卡方值的高值异常。且通过实例验证了预警模型的准确性、有效性和实用性。(4)微震监测技术的工程应用验证了综合突出危险预警模型的准确性和有效性:在突出危险区,微震预警指标及其卡方值数值较大且多次超过预警临界值;另外,瓦斯涌出量和日常预测预报结果也相对较大,且伴随有突出动力现象。