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煤与瓦斯突出的微震前兆特征与预警模型研究

煤与瓦斯突出的微震前兆特征与预警模型研究

作者：朱南南煤炭科学研究总院

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究

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岩石力学与工程学报 2014年第2期33卷 339-348页

作者：张文东马天辉唐春安唐烈先大连理工大学岩石破裂与失稳研究所辽宁大连116024 辽宁科技大学矿业工程学院辽宁鞍山114051

通过对锦屏二级水电站引水隧洞施工期间大量岩爆记录的深入研究,分析总结出岩爆沿里程分布规律、岩爆围岩破坏方式、隧洞横断面岩爆位置规律、岩爆次数与距掌子面的距离关系、岩爆次数与开挖后暴露时间关系、岩爆烈度与其围岩破坏范围... 详细信息

通过对锦屏二级水电站引水隧洞施工期间大量岩爆记录的深入研究,分析总结出岩爆沿里程分布规律、岩爆围岩破坏方式、隧洞横断面岩爆位置规律、岩爆次数与距掌子面的距离关系、岩爆次数与开挖后暴露时间关系、岩爆烈度与其围岩破坏范围关系等岩爆特征规律。通过对这些规律及岩爆分布与地质构造之间关系的研究,总结地质构造和岩爆的相互作用规律。将微震监测技术用于引水隧洞工程施工,进行深埋隧洞的岩爆监测预警,实现对微震活动的全天候连续监测分析,并根据现场对岩爆的微震监测结果,对微震的时空演化与岩爆之间的关系进行初步探讨。研究结果表明:深埋岩体隧洞中,岩爆的时间、空间、强度等分布存在较明显的规律性,并且与地质结构、施工工法、施工扰动等影响因素之间有着必然的联系,其中地质结构对岩爆的发生起控制作用;岩爆发生之前普遍存在一个孕育过程,并伴随着大量微破裂的产生和微震能量的释放(微震前兆),微震活动对岩爆事件普遍具有时间优先性和空间一致性,可利用其指导安全施工。本文的工程实践验证了微震监测技术用于深埋岩体隧洞岩爆监测预警的可行性,并具有较高准确率,从而为隧洞的岩爆预测和安全施工提供新的研究思路。

关键词：岩石力学岩爆地质构造微震监测微震前兆

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秦岭隧洞4#支洞微震规律与岩爆预警研究

地下空间与工程学报 2020年第6期16卷 1866-1874页

作者：魏秀琪唐春安张世超李立民大连力震科技有限公司辽宁大连116000 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心辽宁大连116000 东北大学资源与土木工程学院沈阳110000 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

引汉济渭工程秦岭段4#支洞在开挖过程中多次遭遇岩爆的危害,为尽可能对岩爆风险区域进行有效的预报,减少开挖施工风险,利用微震监测技术对4#支洞进行了连续监测。构建秦岭隧洞4#支洞微震监测系统,实时监测开挖过程中隧洞围岩的微震信息... 详细信息

引汉济渭工程秦岭段4#支洞在开挖过程中多次遭遇岩爆的危害,为尽可能对岩爆风险区域进行有效的预报,减少开挖施工风险,利用微震监测技术对4#支洞进行了连续监测。构建秦岭隧洞4#支洞微震监测系统,实时监测开挖过程中隧洞围岩的微震信息,探究4#支洞围岩微震活动规律及其与岩爆灾害的关系。在此基础上,以岩爆经验预测为基础,提出基于微震前兆信息的岩爆要素综合预测方法,对岩爆的风险、范围、等级进行综合预测。研究结果表明:引汉济渭4#支洞岩爆大多数均存在明显的前兆信息,岩爆区域通常与微震事件的集中区域重合;岩爆发生前夕,高震级事件不断发生,同时b值有减小趋势;采用岩爆要素综合预测方法,在4#支洞测试洞段进行了17次预报,准确率达到76%。

关键词：深埋隧洞微震监测岩爆预警微震前兆

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圣华煤业煤柱状态分析及微震监测系统的建立

山西焦煤科技 2017年第8期41卷 39-43,56页

作者：段东弓培林连清旺杨瑶王云杰王开李建忠太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

通过理论计算、RFPA三维数值模拟的方法,以晋煤集团天安圣华煤业有限公司3#煤层旧采区复采工作面的实际地质资料为基础,研究残煤复采区遗留煤柱状态,对其稳定性进行分析,并在复采工作面建立了微震监测系统,研究了周期来压的微震前兆特征... 详细信息

通过理论计算、RFPA三维数值模拟的方法,以晋煤集团天安圣华煤业有限公司3#煤层旧采区复采工作面的实际地质资料为基础,研究残煤复采区遗留煤柱状态,对其稳定性进行分析,并在复采工作面建立了微震监测系统,研究了周期来压的微震前兆特征,研究结果表明:1)复采区的遗留煤柱62%处于稳定状态,有一定的支撑作用。2)微震信号的频率在15~100 Hz,干扰信号的频率在200~1 000 Hz.3)周期来压前1~2天,日平均监测微震事件数约为平时的2倍,日微震总能量约为平时的3倍,可以利用此微震特征对周期来压进行预报。

关键词：房柱式巷柱式旧采区三维数值模拟遗留煤柱状态微震前兆周期来压