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地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察中的应用

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岩石力学与工程学报 2009年第7期28卷 1342-1352页

作者：叶根喜 HATHERLYP 姜福兴 PAYNED MEDURSTT 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 江苏华东地质建设集团有限公司江苏南京210007 悉尼大学必和必拓公司克瑞努姆煤矿 PDR工程师团队

介绍当前地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察领域的应用现状,剖析GSR的基本原理和分析方法,指出GSR是以声波测井数据为基础,并从地质力学的角度考虑各种因素(如矿层、裂隙等)对波速的影响;强调GSR不是要评估岩体的强度,相反,它是提供... 详细信息

介绍当前地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察领域的应用现状,剖析GSR的基本原理和分析方法,指出GSR是以声波测井数据为基础,并从地质力学的角度考虑各种因素(如矿层、裂隙等)对波速的影响;强调GSR不是要评估岩体的强度,相反,它是提供一种对岩体性质进行定量、综合的评估方法。使用的测井类型分别为声波测井、伽玛测井和密度测井。工程实践表明,地球物理测井方法在识别岩体内部的性质及变化规律方面,有其自身的优势,尤其是在软岩区域圈定、关键层识别、底板突水危险区勘察方面,具有直观、定量表述的优越之处;GSR与单轴抗压强度的对比结果证明,"单一岩体强度指标反映岩体性质"有一定的局限性,GSR的结果更符合现场情况;三维地震勘探与GSR的耦合分析方法,为对钻孔之间的"盲区"探查提供了有益的帮助,是原位探测隔水关键层的有效方法。最后提出基于地球物理技术的"矿山岩体性质原位研究"的基本思路,即利用测井技术对矿山岩体性质进行开采前的三维"静态定量"描述;借助于微震、电磁辐射等监测技术,在煤矿开采过程中对岩体破坏规律的三维"动态定量"描述。

关键词：采矿工程地球物理测井三维地震勘探岩体工程勘察关键层

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微地震波在煤矿岩层中的传播特征研究

岩石力学与工程学报 2009年第A01期28卷 2674-2679页

作者：姜福兴宋广东孔令海王存文北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

在塔山矿8103工作面微地震监测中,测到距离震源远的底板孔检波器比距离震源近的顶板孔检波器先接收到微地震波的异常现象。研究表明,微地震波的直达波和透射直达波两种传播模式是造成这一异常现象的主要原因。在性质相近的介质中,微地... 详细信息

在塔山矿8103工作面微地震监测中,测到距离震源远的底板孔检波器比距离震源近的顶板孔检波器先接收到微地震波的异常现象。研究表明,微地震波的直达波和透射直达波两种传播模式是造成这一异常现象的主要原因。在性质相近的介质中,微地震波是按直达波模式传播,现场监测到的"顶板断裂产生震动波—顶板—顶板检波器"的路径是典型的"直达"传播模式。而在性质差异较大介质的界面处,微地震波在入射界面上的入射点将形成新的震源点,并以新震源点为起始点,再按直达波模式传播,从而形成"透射–直达"传播模式,现场监测到的"顶板断裂产生震动波—综放支架—底板—底板检波器"的路径是典型的"透射–直达"传播模式,这是造成微地震监测中"远点先达"现象的重要原因。根据微地震波在煤矿岩层中的传播特征可以确定合理的定位方法和验证震源定位的准确性。实践证明,在性质差异较大的介质中定位震源时,需将性质相近介质中的检波器信号放在一起定位,这样可以减弱"透射–直达"传播模式造成"远点先达"现象的影响,提高定位精度。

关键词：采矿工程微地震监测岩层破裂波传播特征远点先达

煤矿深部采场爆破地震波传播规律的微震原位试验研究

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岩石力学与工程学报 2008年第5期27卷 1053-1058页

作者：叶根喜姜福兴郭延华王存文北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场布置了微震监测台网,对测区内的爆破波信号进行了原位采集试验。提出了地震波"穿层"和"顺层"传播的概念,得到了地震波振幅的衰减曲线和回归方程。试验结果表明,振幅随传播距离的增大呈幂级衰... 详细信息

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场布置了微震监测台网,对测区内的爆破波信号进行了原位采集试验。提出了地震波"穿层"和"顺层"传播的概念,得到了地震波振幅的衰减曲线和回归方程。试验结果表明,振幅随传播距离的增大呈幂级衰减;"穿层"传播的衰减速率远大于"顺层"传播;地震波"穿层"传播200 m后,振幅损失严重,初始到时点开始模糊,需对到时进行补偿后方可参与震源定位。该结果进一步证实了该监测台网布置的合理性(测点平均间距60 m)。微震监测和音频电透视结果证明,岩体破裂区和富集水区的存在加速了波的衰减。这些定性和定量的研究结论将为进一步研究微震监测台网布置的优化方案提供理论依据,也可为其他地球物理监测或探测手段提供实测的基础参数。

关键词：采矿工程深部采场微震监测地震波衰减规律原位试验

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先裂后注防治冲击地压的机制与现场试验

岩石力学与工程学报 2017年第12期36卷 3040-3049页

作者：刘金海杨伟利姜福兴郭信山华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室北京101601 中原工学院建筑工程学院河南郑州450007 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 山东能源集团有限公司山东济南250014

为实现煤矿冲击地压的主动区域性防治,提出先裂后注冲击地压防治技术。首先,对常规冲击地压防治技术进行分类,分析常规冲击地压防治技术6个方面的局限性;其次,探讨先裂后注对煤层的作用过程,以及先裂后注防治冲击地压的机制;然后,总结... 详细信息

为实现煤矿冲击地压的主动区域性防治,提出先裂后注冲击地压防治技术。首先,对常规冲击地压防治技术进行分类,分析常规冲击地压防治技术6个方面的局限性;其次,探讨先裂后注对煤层的作用过程,以及先裂后注防治冲击地压的机制;然后,总结硬煤压裂和软煤压裂2个现场试验的成果,分析先裂后注防治冲击地压的效果;最后,讨论先裂后注冲击地压防治技术的不足,以及现场可能出现的问题及相应原因。研究表明,先裂后注对煤层的作用包括裂化煤层和湿润煤层,其中裂化煤层能够起到弱化蓄能能力、均化应力、孤立冲击体的作用,宏观上改变了煤体的完整性和应力分布特征;湿润煤层能够降低煤层冲击倾向性,细观上改变了煤体的脆性、储能与耗能特性。研究结果对推广应用煤层压裂技术和实现冲击地压主动区域性防治,具有十分重要的意义。

关键词：采矿工程煤矿冲击地压先裂后注煤层压裂主动防冲

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超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测

岩石力学与工程学报 2014年第3期33卷 475-483页

作者：孙春东姜福兴刘懿李永元冀中能源邯郸矿业集团河北邯郸056002 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿河北邯郸056300

超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用，在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿（简称陶一煤矿）充6工作面为背景，采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法，综合地表沉陷的测量数据，首次... 详细信息

超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用，在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿（简称陶一煤矿）充6工作面为背景，采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法，综合地表沉陷的测量数据，首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果，在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下，工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m，工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明，超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围，减小采动影响，且在仰斜开采工作面运用效果较好。

关键词：采矿工程超高水材料开放式充填微地震监测围岩运动

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光栅实验台的模糊神经网络补偿器设计

系统工程与电子技术 2000年第7期22卷 82-85页

作者：何波姜复兴哈尔滨工业大学惯导测试设备研究中心 150001

在惯导测试设备设计过程中经常会碰到摩擦干扰问题。为消除光栅试验台稳速系统中影响低速平稳性的摩擦干扰 ,提出了一种采用模糊神经网络补偿器的控制系统设计方案。这种方案是先采用传统方法基于对象简化线性模型设计PI控制器 ,然后利... 详细信息

在惯导测试设备设计过程中经常会碰到摩擦干扰问题。为消除光栅试验台稳速系统中影响低速平稳性的摩擦干扰 ,提出了一种采用模糊神经网络补偿器的控制系统设计方案。这种方案是先采用传统方法基于对象简化线性模型设计PI控制器 ,然后利用模糊逻辑对摩擦干扰进行补偿。从而较好地解决了摩擦干扰造成的低速性能差的问题。

关键词：补偿器摩擦神经网络光栅实验台模糊

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陕蒙深部矿区基于防冲的区段煤柱宽度研究

太原理工大学学报 2023年第3期54卷 443-450页

作者：王博冯国瑞姜福兴太原理工大学矿业工程学院太原030024 太原理工大学矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室太原030024 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

以陕蒙深部矿区纳林河二号井双巷快速掘进条件下首个临空工作面开采为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,研究了不同宽度区段煤柱应力分布规律,揭示了宽区段煤柱应力叠加诱冲机理,并在此基础上指出下阶段基于防冲的窄区段煤... 详细信息

以陕蒙深部矿区纳林河二号井双巷快速掘进条件下首个临空工作面开采为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,研究了不同宽度区段煤柱应力分布规律,揭示了宽区段煤柱应力叠加诱冲机理,并在此基础上指出下阶段基于防冲的窄区段煤柱宽度设计方法。研究结果表明:宽区段煤柱受采空区侧向支承压力、走向支承压力和上覆厚硬岩层破断产生的动载应力等多个因素影响,当形成的叠加应力达到冲击发生的临界应力时,将使冲击显现;下阶段纳林河二号井留设区段煤柱宽度为5~7 m较为合理。陕蒙深部矿区其他类似条件矿井可在此基础上积极探索窄煤柱留设方式,以期降低临空巷道发生冲击地压灾害的可能性。

关键词：深部开采临空区段煤柱应力演化冲击地压防治

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冲击型煤与瓦斯突出力学机制及危险性评价技术研究

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采矿与安全工程学报 2018年第4期35卷 801-809页

作者：尹永明张兴凯姜福兴于正兴中国安全生产科学研究院矿山安全技术研究所北京100012 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

冲击型煤与瓦斯突出作为一种典型的煤矿复合动力灾害,严重威胁深部煤炭安全开采。通过理论研究和现场调查,探讨冲击型煤与瓦斯突出发生力学机制,研究表明冲击型煤与瓦斯突出是应力、瓦斯、煤岩体物理力学性质3者综合作用的结果,分为准... 详细信息

冲击型煤与瓦斯突出作为一种典型的煤矿复合动力灾害,严重威胁深部煤炭安全开采。通过理论研究和现场调查,探讨冲击型煤与瓦斯突出发生力学机制,研究表明冲击型煤与瓦斯突出是应力、瓦斯、煤岩体物理力学性质3者综合作用的结果,分为准备、发动、发展和终止4个阶段,应力在准备阶段和发动阶段前期起主导作用,瓦斯在发动阶段后期和发展阶段起主导作用;推导了冲击型煤与瓦斯突出能量准则;根据冲击载体的不同,冲击型煤与瓦斯突出分为顶板冲击型突出、底板冲击型突出和煤层冲击型突出3类,并分别进行了力学分析;对冲击型煤与瓦斯突出"力源"进行了分析,阐明了发生冲击型煤与瓦斯突出的必要条件。以平禹矿区为工程背景,建立了采煤工作面冲击型煤与瓦斯突出危险性层析分析-模糊综合评价模型,实现对工作面冲击型煤与瓦斯突出危险区域划分及其危险程度评价;分别从应力、瓦斯、煤岩体物理力学性质控制角度,提出了煤层大直径钻孔卸压、深孔爆破断顶-破煤-断底、瓦斯抽采、煤层注水等一体化解危技术。评价模型和解危技术在方山矿11041工作面进行了应用,取得了良好效果。

关键词：冲击型煤与瓦斯突出力学机制模糊综合评价法危险性解危技术

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煤柱效应下底板致冲机理与巷道布置优化

采矿与安全工程学报 2020年第2期37卷 282-288页

作者：盖德成姜福兴李东王存文陈洋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 华北科技学院安全工程学院河北燕郊065201 山东能源集团有限公司冲击地压灾害防治研究中心山东济南250014

为避免上分层遗留煤柱产生的集中应力对下分层巷道造成冲击隐患,在遗留煤柱集中应力影响范围外选择掘进巷道的合理位置。以新疆某矿(9-15)上06工作面为工程背景,通过现场调研、理论分析和数值模拟等方法,分析上分层遗留煤柱效应下底板... 详细信息

为避免上分层遗留煤柱产生的集中应力对下分层巷道造成冲击隐患,在遗留煤柱集中应力影响范围外选择掘进巷道的合理位置。以新疆某矿(9-15)上06工作面为工程背景,通过现场调研、理论分析和数值模拟等方法,分析上分层遗留煤柱效应下底板冲击破坏机理,得到以下结论:1)提出以滑移变形为理论基础的底板冲击力学分析模型,分析底板发生整体滑移冲击前的极限载荷及整体冲击范围,得知底板最大破坏范围仅与煤柱宽度和底板岩层内摩擦角2个参数有关,确定下分层巷道冲击危险区域;2)数值模拟分析(9-15)上06工作面上平巷解放角为42°,内错偏移距为17 m,下平巷解放角为80°,内错偏移距为17 m,理论计算结果与数值模拟基本吻合。

关键词：煤柱应力集中巷道位置滑移变形冲击地压