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冲击地压多参量智能化监测分析及预警研究

煤炭工程 2024年第1期56卷 148-155页

作者：史志红巩思园曹远威贺虎中煤科工集团北京华宇工程有限公司北京100120 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 江苏徐矿能源股份有限公司江苏徐州221000 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

针对张双楼煤矿冲击地压成因复杂、预警监测单一造成的预警准确率低的问题,基于冲击地压智能化预警平台,对张双楼煤矿冲击地压现状及监测预警效能进行分析。在智慧矿山理念背景下,以“应力场-能量震动场-变形场”为监测预警框架,从引发... 详细信息

针对张双楼煤矿冲击地压成因复杂、预警监测单一造成的预警准确率低的问题,基于冲击地压智能化预警平台,对张双楼煤矿冲击地压现状及监测预警效能进行分析。在智慧矿山理念背景下,以“应力场-能量震动场-变形场”为监测预警框架,从引发冲击地压的内因和外因两个维度出发,提出了以应力、震动波、钻屑量和地音值为参量的多参量监测预警方法,结合参量分析技术对冲击地压发生前各监测数据变化特征进行系统全面评价,为张双楼煤矿冲击地压预警与科学及时解危提供依据。现场应用结果表明,多参量监测预警方法的综合预警能力及准确度显著优于单一指标预警系统,为矿井安全开采和智能化矿井建设提供了参考借鉴价值。

关键词：冲击地压显现机理智能监测多参量预警综合预警预测

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我国煤矿冲击地压防治现状与难题

煤炭学报 2022年第1期47卷 152-171页

作者：窦林名田鑫元曹安业巩思园贺虎何江蔡武李许伟中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室江苏徐州221116

随着煤矿开采强度和深度的增加,冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加,政府关注度不断上升,我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展,冲击地压矿井防治能力取得长足的进步,多数冲击地压矿井达到事故可控。基于冲击地压重要研究成果... 详细信息

随着煤矿开采强度和深度的增加,冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加,政府关注度不断上升,我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展,冲击地压矿井防治能力取得长足的进步,多数冲击地压矿井达到事故可控。基于冲击地压重要研究成果,全面地阐述了冲击地压领域在法规建设、发生机理、监测预警等方面研究进展与发展趋势,同时指明了未来冲击地压防治面临的难题。法规与标准方面,形成了《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》为核心的法规体系,法规建设的具体化、标准化不断完善;冲击地压发生机理方面,形成了“三因素”理论、动静载叠加诱冲理论等多种机理共存的局面,从多角度叙述了冲击地压致灾过程,呈现多元化发展;冲击地压预测预报方面,形成了综合多因素、多系统、多前兆信息的复合预测预警体系,预警效率不断上升;冲击地压巷道支护方面,形成了三级支护理论体系,增强了巷道稳定性和抗动载扰动的能力;冲击地压限员管理方面,实现了智能化限员;冲击地压防治层面,形成了区域防范、局部解危相结合的冲击地压防治技术体系,灾害防控能力不断提升。当前我国建立了较为完善的冲击地压防治理论与技术体系,防治效果显著,但由于冲击地压的震动性、瞬时性、复杂性以及难预知性,还存在冲击地压与矿震关系不清、冲击危险预测方法难以定量、空间监测精度不足等问题亟待解决。

关键词：冲击地压发生机理预测预警灾源防治深部围岩控制智能管理

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深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理研究

煤炭学报 2023年

作者：窦林名周坤友曹安业侯涛巩思园阚吉亮马小涛中国矿业大学矿业工程学院安徽理工大学矿业工程学院陕西正通煤业有限责任公司安徽省煤炭安全精准开采工程实验室

陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层，工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降，巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应。为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理，开展了流固耦... 详细信息

陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层，工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降，巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应。为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理，开展了流固耦合数值模拟，分析了不同孔隙水压岩体力学行为及巨厚覆岩承压含水层采动疏水条件下围岩应力-能量场演化特征，揭示了覆岩承压含水砂岩层采动疏水对围岩应力场作用机制；并考虑巨厚覆岩对围岩动静载应力作用效应，提出了覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理。研究结果表明：覆岩巨厚承压含水砂岩层下动力显现均发生在覆岩承压水位快速下降期间，覆岩承压水的采动疏放对围岩产生应力扰动；采动疏水条件下覆岩承压含水岩层孔隙水压降低，岩层强度和承载能力增大，覆岩载荷向采场两侧转移，导致围岩应力升高、能量进一步积聚，其对围岩应力场-能量场作用程度与采场尺度和疏放程度正相关，与煤层-承压含水层距离、承压含水层岩层厚度及强度负相关；巨厚覆岩承压含水层下顶板大尺度悬臂-铰接结构导致采场围岩高静载及强动载，在覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场作用下，煤岩体中叠加应力超过其临界载荷且释放的总能量超过其破坏所消耗能量，诱发冲击地压，其中高静载是冲击地压发生的应力基础，矿震动载和覆岩承压含水层采动疏水导致的应力扰动是重要诱因。针对覆岩承压含水层采动疏水及巨厚承压含水层覆岩结构对冲击风险的影响特征，提出了巨厚承压水含水层注浆堵水和优化盘区尺寸的防冲措施，通过地面注浆和降低采场尺寸能够降低覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场的作用效应、避免巨厚覆岩形成大尺度悬臂-铰接结构，从而降低巨厚承压含水层下冲击地压风险。

关键词：深部开采巨厚承压含水层采动疏水采动应力场诱冲机理

微震多维信息识别与冲击矿压时空预测——以河南义马跃进煤矿为例

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地球物理学报 2014年第8期57卷 2687-2700页

作者：蔡武窦林名李振雷刘军巩思园何江中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室徐州221116 义马煤业集团股份有限公司河南义马472300

随着煤炭开采深度和强度的增大,冲击矿压已成为煤矿普遍的安全问题.具体针对煤矿冲击矿压的时空预测难题,进一步发展了微震多维信息的时空预测方法:首先,构建微震多维信息识别指标体系,包括优选的频次指标和新提出的震源集中程度、最大... 详细信息

随着煤炭开采深度和强度的增大,冲击矿压已成为煤矿普遍的安全问题.具体针对煤矿冲击矿压的时空预测难题,进一步发展了微震多维信息的时空预测方法:首先,构建微震多维信息识别指标体系,包括优选的频次指标和新提出的震源集中程度、最大应力和总应力当量指标;其次,基于归一化方法、异常分级判别准则和时空统计滑移模型,分别获得各指标的时序曲线和空间云图;然后,采用R值评分法评估和检验各指标的预测效能,并依此赋予各指标权重;最后,应用综合异常指数方法,实时定量分析监测区域的冲击险状态、具体危险区域及等级.预测实例表明,该方法综合考虑了微震时、空、强要素,预测效能较高,并能从时序上定量描述监测区域的冲击危险状态,空间上定量反映监测时段内的冲击危险区域及等级,现场中指导实施防冲措施,在一定程度上解决了现场防冲措施实施的盲目性,从而进一步发展了煤矿冲击矿压的时空监测预报方法.

关键词：冲击矿压微震多维信息异常分级判据综合异常指数时空预测

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覆岩关键层运动诱发冲击的规律研究

岩土工程学报 2010年第8期32卷 1260-1265页

作者：贺虎窦林名巩思园周澎薛再君中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 甘肃华亭煤电股份有限公司华亭煤矿甘肃华亭744100

基于岩层运动关键层理论,研究了覆岩关键层破断规律,从力学机理上分析了覆岩关键层正"O-X"型破断时,矿山压力达到最大值,极易导致强矿震、冲击矿压的发生。利用微震监测系统,对关键层破断诱发冲击矿压进行定位分析,证明了高能量级别的... 详细信息

基于岩层运动关键层理论,研究了覆岩关键层破断规律,从力学机理上分析了覆岩关键层正"O-X"型破断时,矿山压力达到最大值,极易导致强矿震、冲击矿压的发生。利用微震监测系统,对关键层破断诱发冲击矿压进行定位分析,证明了高能量级别的矿震大多数发生在工作面推进过程中覆岩关键层处于正"O-X"型破断位置。研究表明由关键层运动破断诱发冲击矿压前后,微震事件的时空演化规律、前兆信息显著。研究结果为利用岩层运动理论与微震监测相结合的方法预测冲击矿压奠定了基础。

关键词：关键层冲击矿压微震矿震

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提高煤矿微震定位精度的最优通道个数的选取

煤炭学报 2010年第12期35卷 2017-2021页

作者：巩思园窦林名马小平刘健中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008

根据煤矿实际条件和震动波传播特点,建立了最优通道个数的确定原则,构建了用于定位精度评价模型中P波波速和P波到时标记精度的方差函数,符合两个参数随距离、纵波幅值阻尼系数和纵波波速变异系数增大而波动性增强的特点。现场数值试验... 详细信息

根据煤矿实际条件和震动波传播特点,建立了最优通道个数的确定原则,构建了用于定位精度评价模型中P波波速和P波到时标记精度的方差函数,符合两个参数随距离、纵波幅值阻尼系数和纵波波速变异系数增大而波动性增强的特点。现场数值试验结果表明:当震源激发探头个数足够多时,不断地增加定位通道个数并不能有效提高震源的定位精度,在台网布设较优时,6个通道就可以保证震源的定位精度;台网布设较差区域对误差的抵抗能力较弱,增加探头反而降低震源定位精度;提高震源定位精度,应首先从优化台网布设入手,然后再利用最优通道个数选取原则确定最优通道个数。

关键词：微震定位精度最优通道个数方差函数纵波幅值阻尼系数纵波波速变异系数台网布设

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采空区突水动力灾害的微震监测案例研究

中国矿业大学学报 2012年第1期41卷 20-25页

作者：窦林名何江巩思园宋云飞刘辉中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221008

为提高采空区突水监测及控制效果,理论分析了采空区突水的微震现象,提出了微震能量释放率、能量密度的概念和计算方法,对微震活动性进行了时间、空间上的参数表达;提出了采空区突水分区分时微震监测法,指出对不同时期、不同危险区域采... 详细信息

为提高采空区突水监测及控制效果,理论分析了采空区突水的微震现象,提出了微震能量释放率、能量密度的概念和计算方法,对微震活动性进行了时间、空间上的参数表达;提出了采空区突水分区分时微震监测法,指出对不同时期、不同危险区域采取针对性监测分析方法和危险控制手段以避免采空区突水事故的发生.采空区突水微震监测案例分析表明:采空区突水灾害有微震活动前兆信息,微震活动性与突水危险存在内在联系;突水发生前微震能量、频次、能量释放率均有增强的趋势,采用能量释放率可实时分析判定突水危险区微震活动强度的发展变化,采用能量密度可对突水危险区各区域微震活动强弱进行量化分析比较.

关键词：突水微震监测前兆信息微震活动性分区分时监测法

高承压水上采煤底板突水通道形成的监测与数值模拟

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岩石力学与工程学报 2012年第8期31卷 1698-1704页

作者：徐智敏孙亚军巩思园朱宗奎中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008

底板采动破坏及导水通道的形成是底板突水发生的必要条件,也是进行矿井突水的监测预报基础。以新义矿为例,采用现场监测及数值模拟等手段,研究高承压水上采煤底板采动破坏及突水通道的形成及演化过程,分析该过程中的底板电阻率、应力及... 详细信息

底板采动破坏及导水通道的形成是底板突水发生的必要条件,也是进行矿井突水的监测预报基础。以新义矿为例,采用现场监测及数值模拟等手段,研究高承压水上采煤底板采动破坏及突水通道的形成及演化过程,分析该过程中的底板电阻率、应力及孔隙水压力的变化规律。结果表明:高承压水上采煤底板受工作面超前支撑压力破坏严重,11011工作面底板破坏深度达到25 m,大于一般经验计算值;建立的基于流-固耦合底板采动破坏数值模拟模型更能准确、客观地反映底板破坏的影响因素,模拟的最大破坏深度为23.75 m,与现场监测结果接近;采动过程中的底板电阻率、应力以及孔隙水压力变化较好地反映底板破坏及突水通道形成、演化以及充水的整个过程,可作为矿井突水临突监测预报的重要信息源。

关键词：采矿工程高承压水上采煤底板破坏现场监测数值模拟前兆信息临突预报

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煤矿矿震传感器检验方法试验研究

煤炭工程 2023年第1期55卷 94-99页

作者：窦林名韩泽鹏巩思园白金正陈帅中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对目前国内矿震传感器检验方面的迫切需要,引进了CS18VLF低频振动系统,提出了频率误差、幅值误差及幅值线性度检验指标,使用比较法开展了新旧DLM型矿震传感器的检验试验。试验结果表明:全新矿震传感器最大频率误差和最大幅值误差的平... 详细信息

针对目前国内矿震传感器检验方面的迫切需要,引进了CS18VLF低频振动系统,提出了频率误差、幅值误差及幅值线性度检验指标,使用比较法开展了新旧DLM型矿震传感器的检验试验。试验结果表明:全新矿震传感器最大频率误差和最大幅值误差的平均值分别为2.5%、5.35%,井下长期使用后的矿震传感器最大频率误差和最大幅值误差的平均值分别为3.1%、14.3%,全新矿震传感器的幅值线性度平均值为0.991,井下长期使用后的矿震传感器的幅值线性度平均值为0.961,矿震传感器在井下长期使用后存在频率、幅值测量误差增大,幅值线性度减小的问题,验证了检验方法的可行性及必要性。根据新旧矿震传感器检验试验结果,初步确定频率误差低于3.5%、幅值误差低于10%,幅值线性度高于0.97为判断DLM型矿震传感器有效的临界值。

关键词：矿震传感器比较法检验频率误差幅值误差幅值线性度