基于微震监测的工作面底板突水全时空预警方法

为分析采煤工作面不同时期、不同空间的微震响应特征差异,进而实现矿井水害预警和防治,基于典型案例分析提出了一种基于微震监测的工作面底板突水全时空预警的方法。所谓“全时空”是指包括采前时期、超前采动影响时期和开采时期在内的工作面全时间周期的3时段划分,以及工作面全空间的7个评价区域划分。在第1时段（采前时期）,基于钻孔工程信息（钻孔涌水量、钻孔水压、钻孔注浆量）和微震响应特征,形成了突水危险性的表示方法,确定了原发性突水危险区,进而实现了采前时期突水危险性的长期预测;在第2时段（超前采动影响时期）,设置“固定工作面”,并对微震事件及震源参数进行重新定位,在对微震事件核密度分析的基础上,获取突水前兆信息,确定了超前影响区、滞后影响区、侧向影响区的突水特征,进而实现了超前采动影响时期的突水危险性预警;在第3时段（开采时期）,结合微震事件核密度分析,确定了顶板导水破坏区、底板破坏区、底板采动损伤区,引入2D-CE法在平面上对微震事件进行规范化,分析微震事件置信椭圆与预警含水层的位置关系,进而实现了工作面开采时期的突水危险性预报。同时根据开采验证结果,对前期预报方法进行修正,为后续工作面突水预报服...     

九里山矿底板突水监测预警技术的实践应用

以九里山矿16052工作面为研究对象,采用微震监测技术构建底板突水监测预警系统,并进行实践应用。监测预警结果表明:16052工作面底板总体情况稳定,局部可能发生损伤,底板出水点位置可能位于工作面前50 m至后30 m区域,底板破坏深度约11.38 m,理论计算结果验证了微震监测预警系统结果的准确性。     

新集二矿底板水害微震实时监测研究

为了加强新集二矿带压开采条件下的底板水害监测,发挥微震实时、连续、全空间监测优势,构建新集二矿深部矿井微震监测系统,对回采过程进行实时监测.总结监测结果,对微震事件总体分布、时空运移规律进行分析,研究采矿活动与突水风险之间的关系.结果 表明,工作面回采期间底板150m范围内不存在隐伏导含水构造、裂隙薄弱带.工作面回呆期间构造未活化,回采过程无突水风险,保障了工作面安全回采.     

微震监测技术在煤矿底板突水预警中的应用

为采用微震监测技术预警煤矿底板突水,以董家河煤矿22517工作面开采过程为背景,采用微震监测技术构建了适应现场水文地质条件的微震监测系统,对董家河煤矿22517工作面底板进行了监测。监测结果表明:董家河煤矿22517工作面底板的总体趋势趋于稳定,底板微震事件主要分布于3个区域,分别为构造影响微震区、采动影响微震区和滞后微震区;底板微震事件绝大部分集中在12 m以内的范围,但存在2个异常区,且异常区Ⅰ已形成底板导水通道,底板出水点可能位于工作面前50 m至后30 m的区域。通过对微震监测结果结合地质钻孔柱状综合分析确定底板破坏深度为11.22 m,理论计算与钻孔声波测试结果与微震监测结果分别相差0.32 m与0.42 m。     

基于微震信号突变分析的底板断层突水预测

为了探索承压水上底板采动断层活化破坏特征,预防底板断层活化突水,利用微震监测技术对工作面底板采动断层进行了连续动态监测。结果表明：当工作面推进距断层约60 m时,断层就出现活化迹象,且随着工作面的推进,断层活化程度及破坏范围增大;底板断层活化破坏深度达到30.4 m,接近无断层底板破坏深度的2倍,活化破碎的断层带更容易形成导水通道诱发工作面底板突水。基于承压水上采动断层活化破坏特征信号,利用Origin数据处理软件对微震监测的底板断层活化破坏深度数据进行了4次多项式拟合,应用基于突变理论推导的底板采动岩体失稳突水判据对其进行了突变分析。依据分析预测结果,并结合放水孔水量、水温等信息,及时注浆加固了底板断层活化破坏区域,使工作面顺利推过断层区域,实现承压水上断层区域工作面的安全带压开采。     

微震技术在煤矿注浆防治水过程中的检测分析研究

针对龙泉矿4301工作面底板突水问题,采用钻孔注浆法对工作面进行防治水工作,并采用地震检波器构建了微震检测系统,通过监测得到了注浆前及注浆中的工作面顶底板微震事件分布规律,指导了注浆控制注浆量及压力,实现了较好的注浆效果.     

巨厚煤层综放工作面断层活化导水规律研究

采煤工作面存在断层时，采动影响可能会造成断层活化形成新的导水通道，造成突水灾害。鉴于此，龙王沟煤矿在现有断层活化数值模拟成果的基础上，以巨厚煤层综放工作面过断层为工程背景，通过微震监测、水量监测和电阻率监测等技术方法，动态监测断层活化状态及垂向导水裂隙的发育情况，对断层活化导水的规律进行研究。研究表明：微震监测发现采面距离断层400 m时断层即进入准静态阶段，距离断层157 m时断层进入活化阶段，通过断层与巷道交叉点后应力释放恢复至原岩状态；断层进入活化状态后微震能量增大，使导水裂缝带导通部分含水层至采空区，出水量增大；电阻率监测到断层底板区域存在横向发育的低阻异常区，采动影响未发育新的垂向导水通道至奥陶系灰岩含水层，工作面安全回采通过异常区。根据工作面过断层期间断层活化导水的规律，提出了相应的监测防治技术，保障工作面的安全开采。     

基于微震数据及模型的煤矿水害“双驱动”预警体系构建与应用

现阶段,我国越来越多的矿井进入深部开采和下组煤开采期,煤层开采受岩溶水害威胁严重,矿井深部突水隐患探查不清,采掘过程中缺乏科学有效的突水监测预警手段,是造成矿井突水灾害的主要原因。为夯实水害预警监测基础,提出“双驱动”煤矿水害微震预警架构,利用数据驱动与模型驱动,实时动态监测工作面底板突水风险等级及范围,对突水风险趋势智能预测预报。在数据驱动的框架下,以微震事件时空演变规律为切入点,通过对微震事件震源机制反演与属性分析,为导水通道形成判断提供依据,结合水文动态数据变化,建立相应突水判据,对突水风险进行评价。在模型驱动的框架下,构建含分类预测、聚类分析等多种算法的深度学习模型,将典型微震事件群作为模型输入,定量动态预测未来微震事件发生的空间范围与聚集度,继而确定突水风险等级与危险区域。基于微震数据及模型的煤矿水害“双驱动”预警技术,开发了相应的区域性煤矿水害三维智能预警平台,实现了水害风险特征的动态智能预警预测和危险区域的三维可视化显示。实践证明,采用确定性数据研判与智能模型预测的“双驱动”微震预警体系,对突水风险等级和范围的预测效果显著,实现了对底板水害高风险区域的精确预警与防控。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题，采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段，研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂，顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度，提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m，较2222工作面减小了近76%，来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道，该防治技术可有效降低底板突水危险性，保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

基于微震监测的含地质异常体底板注浆加固稳定性研究

为了解决深部矿井受高地应力、高承压水压力及复杂地质构造等影响下所发生的突水灾害,注浆与微震监测相结合的方法成为了重要防治技术,被广泛应用于煤层底板加固与时效破坏评价中。针对目前微震监测分析注浆结构理论与技术支撑基础不足的问题,以淮南矿区张集煤矿1613A工作面为工程背景,构建了针对煤层底板注浆后地质异常体的微震监测系统,分析了采动过程中注浆导水通道地质体的微震响应特征,探究了底板结构体注浆堵水的加固效果。研究结果表明,工作面阶段性回采所诱发的周期来压会造成底板破坏深度增大;在注浆地质体及其围岩区域的C3Ⅱ组、C3Ⅲ组灰岩层未监测到微震事件,导水通道的多分支孔分段注浆治理效果良好;上层C3Ⅰ组灰岩并未通过隐伏断层、垂向导水构造与深层高水压灰岩发生直接水力联系,浆液有效封堵并加固了岩层基质。整个工作面回采过程中无突水风险,实现了高效安全开采。     

煤层底板水害三维监测与智能预警系统研究

针对华北型煤田煤层底板突水监测点覆盖不全、智能化水平不高等问题,以底板"下三带"理论为基础,提出集多频连续电法充水水源监测、"井-地-孔"联合微震采动底板破坏带监测以及监测大数据智能预警为一体的煤层底板突水三维监测与智能预警技术思路。其中多频连续电法监测系统以伪随机多频序列为人工场源,利用伪随机相关辨识技术提取强噪声背景中的弱信号,采用拟高斯-牛顿法对预处理数据进行三维电阻率反演,实现对煤层底板充水水源变化过程的自动化三维监测;"井-地-孔"联合微震监测系统主要通过研制带推靠的孔中传感器及回收装置,实现微震传感器"井-地-孔"三维立体布署,采用井下有线(IEEE1588)和地面无线(GPS)时钟同步方式解决地面与井下采集设备的时钟同步问题,建立起"井-地-孔"监测数据的实时传输网络,基于偏振分析联合反演的三分量定位算法,实现采动底板破坏深度时空精细定位与实时监测;智能预警系统利用时序大数据挖掘技术与计算机深度学习技术对电法、微震多元时序监测数据进行分析和处理,采用指标预警和模型预警方法对监测数据空间展布和预警级别以三视热力图形式输出,实时显示煤层底板各网格的预警等级,从而形成煤矿底板水害三维监测与智能预警技术体系。最后,以河北葛泉矿东井11916采煤工作面为应用对象,采用多频连续电法监测系统、"井-地-孔"联合微震监测系统,以及基于时空监测数据的智能预警系统对煤层底板岩溶水害进行三维监测与智能预警,为我国华北型煤田煤层底板水害监测预警提供了新的技术与装备支撑。     

基于微震监测技术的巷道底板监测准确性研究

由于葛泉矿煤层底板受大青灰岩和奥陶系灰岩含水层的威胁,为保护工作面回采时底板不受突水危害,采用KJ959微震监测系统对11913运输大巷及周边区域布置拾震传感器进行实时监测,监测回采工作面底板下"三带"裂隙发育情况,并通过定位标定炮位置研究了巷道微震监测定位的准确性。     

微震监测技术在煤矿水情监测中的应用

微震监测技术在水文地质条件复杂的梧桐庄煤矿底板断层突水预测的应用研究中发现,微震在开采过程中分为三个阶段:能量积蓄期—工作面仅发生了小能量微震事件;微震频发期—能量较大的微震频发,断层扩展;余震期—小能量微震事件夹有较大能量微震事件。根据微震的分布确定了断层尖端的扩展,成功预测了断层突水,钻探证实断层由不导水变为导水。试验证明加强对底板断层和裂隙带的微震监测是预测底板突水有前途的途径之一。     

综放孤岛工作面底板破坏微震规律分析

针对东庞矿北井9222孤岛工作面面临底板奥灰水及隐伏构造的威胁的问题,采用KJ1073煤矿微震监测系统对工作底板进行了实时、动态的监测。根据微震监测结果,对微震事件发育深度、分布不均衡性、与采线相对位置关系进行了分析。结果表明,在回采过程中,工作面底板最大破坏深度20～25 m;工作面两侧围岩破坏范围分别为42 m、55 m,背向工作面回采有助于孤岛工作面的安全生产;当工作面推进距离达到60 m时,底板破坏深度增加。研究结果为工作面底板注浆层位和外扩距离的确定提供了依据。     

超前预防回采工作面突水技术开发与应用

工作面回采过程中由于采空区侧底板在应力作用下岩石完整性被破坏,裂隙发育,但裂隙具体发育多深,是否能够导通深部奥灰含水层,目前国内研究尚待研究。针对这一问题,以范各庄矿为例,采用超前防范回采工作面突水技术,建立微震监测系统、预留底板水文观测孔、利用矿井水文自动监测系统等手段,监测工作面回采过程中裂隙发育情况、底板含水层水量变化情况以及与深部奥灰含水层连通情况。结果表明,超前预防回采工作面突水技术能够起到预警作用,避免发生突水淹井事故,确保工作面安全回采。     

基于微震监测的煤矿防治水预测方法

针对隐蔽性导水构造的精细探查技术与装备不足,利用井下高精度微地震监测系统,可以实现对开采过程中的岩层破裂规律、构造活化过程进行三维连续动态监测,结合采场覆岩空间结构理论,进行底板突水的监测和预警。工程实践证明:微震监测能够准确判断出工作面岩层破裂范围,岩层运动异常区域,建立基于定位结果和岩体破裂场的定量描述模型,该技术能够准确实现突水监测的超前预警预报。     

煤矿底板突水微震监测预警系统构建与分析

为了有效遏制煤矿突水灾害对矿井安全生产带来的严重影响,寻找诱发煤矿突水的本质机理和微破裂前兆规律,进而对煤矿突水灾害进行分析预报;采用微震监测技术,结合董家河煤矿水文地质情况,建立微震监测系统;对董家河煤矿22517工作面底板进行微震监测分析,得到了通过微震监测结合地质钻孔柱状综合分析确定底板破坏深度的方法。微震监测结果表明:底板微震事件主要分布于3个区域;董家河煤矿22517工作面底板的总体趋势趋于稳定,但局部可能发生损伤,从而使局部岩体的渗透系数增加,形成底板出水点,该出水点可能位于工作面前方50 m至后方30 m区域。     

张集煤矿突水危险域微震监测系统应用

依据张集煤矿1612A工作面的突水危险域及开采施工特点,优化提出了利用锚杆作为传导岩体破微裂信号介质,并采用锚杆焊接、锚固剂锚固螺栓等手段在瓦斯矿井合理安装微震监测传感器的方法,实现了对张集煤矿突水危险域的实时监控。利用实时波形数据及微震事件定位结果对该方法进行了验证。结果表明:工作面推进速度与监测得到的工作面顶底板微震事件定位结果相同,微震定位的底抽巷巷内异常点与现场抽水泵位置基本一致,验证了采用优化设计方法的合理性与准确性。     

回采工作面底板突水智能监测技术应用

针对华北型煤田煤层开采存在的底板突水问题,监测预警以"下三带"理论、"递进导升"理论以及突水系数法为理论基础,构建矿井充水结构三维可视化地质模型,结合电法勘探异常区对影响矿井水文地质条件的易突水地质构造和富水性异常区进行分析,依据分析结果进行底板突水监测系统布设,通过监测煤层开采过程中表征突水水源与突水通道时空演化的指标信息,对底板突水进行监测预警。并在示范矿井开展了回采工作面底板突水预警工程示范,解决矿井突水危险动态辨识与实时预警问题。