煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

露天矿无线微震监测系统建设及应用分析

我国露天矿逐步进入深部凹陷开采阶段,高陡边坡数量日益增多,滑坡事故已成为露天矿安全生产的重大安全隐患,严重威胁矿山安全生产。微震监测技术作为一种覆盖全矿的有效边坡监测预警手段已被行业广泛认可。通过岩体微破裂感知、弱信号提取、无线传输、数据处理分析等技术形成了无线微震监测方案,在某露天矿完成了无线微震监测系统建设,采用长短时窗结合AIC方法实现了波形到时自动拾取,采用台网自动优选震源定位方法实现了震源自动定位,经爆破验证,台网内震源定位误差为8.15%,台网边缘震源定位误差为8.28%,满足某露天矿危险源震源定位精度要求,实时有效地保障了矿山安全生产。     

煤矿井下水力压裂裂缝监测技术研究

针对煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律及增透范围不明确的问题,提出了在压裂过程中实施微地震监测技术。分析了煤矿井下水力压裂微震监测震源定位原理,建立煤岩体破裂的走时方程。进行了水力压裂过程中煤岩体破裂激发能量正演计算,证明选用的YTZ3微震监测系统满足要求,并确定了微震监测流程。随着注入水压力的增加,微震数量明显增加,最大振动能量明显增加,微震信号的初至时距关系及能量关系基本一致。     

煤矿微震监测技术现状与发展前景

微震监测技术是一门新兴的地球物理实时监测技术,其研究工作主要集中在微震震源定位方法和微震信号初至拾取两个方面:定位方法以经典的Geiger法以及在此基础上发展的各种线性、非线性微震震源定位方法为主;STA/LTA法、AIC法、分形维数法和小波变换法是微震信号初至拾取的主要方法。目前,矿山领域将微震监测技术主要用于冲击地压、突水等灾害的预测预报;矿山微震监测技术在提高震源定位精度、数据精细化处理等方面还有待加强,从基础理论研究、数据信号处理和仪器研发等方面对矿山微震监测技术进一步研究和发展方向进行了展望。     

微震波自动拾取与多通道联合定位优化

依托河北某煤矿的科研项目,进行了以微震波初始到时自动拾取和高精度定位为目的的研究。在采用经验模态分解（EMD）法消噪、滤波的前提下,通过改进传统滑动时窗能量法,加入边界检测因子和稳定因子约束,实现对“起跳模糊、起跳不干脆以及背景干扰过大”波形到时的准确拾取。建立多通道内微震波的联合识别体系,提出利用“到时-振幅”与“时-距差速度”判断法剔除异常波形,拾取有效微震事件。现场监测数据验证表明,以改进滑动时窗能量法拾取初始到时,可有效拾取到时不清晰波形的到时,减少因人工拾取带来的误差;通过多通道内波形的联合识别、定位,削弱“远波先至”、“到时紊乱”等异常事件的干扰,实现了对震源的高精度定位。     

三山岛金矿新立矿区微震系统设计及应用

根据三山岛金矿新立矿区实际生产作业情况,布置了高灵敏度拾震传感器,搭建了微震监测系统平台,采用微震监测技术进行深部矿床地压监测;分析了拾取到时波形,在上位机进行了定位计算。系统建成以来,运行良好,提高了井下生产作业的安全性,有效地预防了井下岩爆突水事故的发生,取得了良好的经济效益和社会效益。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

BSN矿用微震监测系统在金属矿山的工程应用

近年来,微震监测技术因其大范围、区域式、非接触等优势,已经被越来越多的矿山企业认可和采用,成为矿山地压灾害监测预警的主体措施。矿冶科技集团有限公司基于国家863、科技支撑等科技创新项目,研究开发了完全自主知识产权的BSN矿用微震监测系统,通过高精度微震传感器、波形自动滤波与异常波形剔除、高精度定位与地球物理解释、地压监测云服务平台等研发工作,大幅度提升了微震监测系统的定位精度及信号处理效率,构建了符合我国金属矿山工程应用实际需求的地压监测解决方案。该系统已在我国金属矿山成功应用,工程实践表明该系统在监测精度、预警效率等方面具有明显的技术优势和市场应用前景。     

基于改进小波阈值去噪与分形盒维数的矿山微震初至波到时拾取研究

微震初至波到时精确拾取是提高震源定位精度的关键因素。针对传统初至波到时拾取算法易受信噪比影响而检测不准的问题，基于小波变换多尺度分析与分形盒维数描述信号复杂性和不规则性的特点，提出了一种改进型小波阈值去噪与分形盒维数拾取相结合的微震初至波到时高精度拾取算法。该算法通过构造一个可调参数阈值函数来确定阈值和选取自适应阈值规则，对微震信号进行有效降噪，在计算盒维数曲线提取到时，实现了初至波到时的精确检测。试验结果表明，所提算法在低信噪比条件下，微震初至波到时拾取精度优于3.6 ms,拾取精度相比传统能量比法和赤池信息准则法有明显提高。     

微震监测信号辨识方法研究

地下作业环境中产生噪声的震源很多,包括人工噪声、爆破和机械设备噪声等。采用微震监测技术进行地压监测时,对各种震源的辨识是一个工作量大和复杂的分析过程。总结了矿山地下作业环境中的各种震源,提出了对各种震源的经验和理论辨识方法。在现场监测的基础上,对地下矿山爆破、机械作业设备、人员作业、岩体破裂等产生的震源信号进行了波形分析、辨识,给出了各种震源波形的基本特点。所提出的分析方法对于现场岩体破裂微震信号的提取和分析有较好的指导作用。     

煤岩冲击动力灾害连续监测预警理论与技术

为提高煤岩冲击动力灾害的监测预警效果,采用系统的理论研究和集成创新,完善了弹塑脆性突变模型,揭示了煤岩体损伤及冲击动力破坏特征与声发射、微震、电磁辐射等前兆信息的耦合关系,提出了煤岩体冲击破坏前兆信息辨识准则与监测原理,建立了煤岩冲击动力灾害的连续监测预警技术体系,即煤岩冲击动力灾害时间上从早期综合分析预测到实时监测预警,空间上从区域监测预警到局部监测预警、点验证的时空连续监测预警,并按无、弱、中、强4级对煤岩冲击危险进行分级预测预报。应用结果表明:该技术体系可较为有效地判别和预警煤岩冲击动力灾害危险,应用矿井降低煤岩冲击动力灾害显现71%。     

矿山岩体破坏微震分异速率特征及预警研究

在矿山岩体破坏预警研究中,探究岩体损伤特征规律及给出具体预警参数值对保障矿山安全至关重要。本文以某金属矿山为例,基于微震监测技术建立地压监测系统,结合该矿山某次顶板大范围冒落事件,采用主成分分析法确定最佳统计时间窗口,对顶板冒落事件前后微震时空演化特征进行分析。分析表明微震事件密度云图中心位置与破坏位置相一致,在岩体破坏前微震数量有持续增多,达到峰值后又迅速下降的前兆信息。以微震数量方差表示微震分异程度,以此表征岩体受损程度,采用有限差分法得出微震事件分异速率指标,研究表明岩体破坏过程微震分异速率分为稳定分异阶段、加速分异阶段和岩体破坏3个阶段。稳定分异阶段分异速率呈正态分布,采用Gauss Amp函数对其进行拟合,最终得出置信度为0.99的将区间上限0.306确定为分异速率预警值。该研究为采用微震监测技术的矿山灾害预警系统建立提供理论基础,对矿山安全生产管理具有一定借鉴意义。     

煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术“十三五”研究进展

冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害的风险判识和监控预警是煤矿安全生产的重点和难点。在“十三五”期间,针对该问题重点开展了煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警关键技术研究及装备研发工作,建立了开采扰动和多场耦合叠加效应下煤矿动力灾害孕育演化机理和发生发展的新理论,提出了煤矿典型动力灾害多参量前兆信息智能判识理论及预警模型;开发了具有故障自诊断、高灵敏、标校周期长的前兆信息采集传感技术与装备;通过对异构数据融合、自组网、抗干扰等技术研究,提出了矿井关键区域人机环参数全面采集、多元信息共网传输新方法,为煤矿典型动力灾害监控预警系统安全无故障运行提供了技术保障;构建了自动化、信息化、智能化预警平台,平台具备故障自诊断、高灵敏、响应时间短、标校周期长、抗干扰等功能,预警准确率提升到90 % 以上。通过煤矿典型动力灾害监测预警基础研究-关键技术开发-应用示范的有机融合,实现了煤矿重大灾害灾变隐患在线监测、智能判识和实时准确预警。     

遗留煤柱影响区域微震活动规律研究

 摘要：遗留煤柱影响区域易形成应力叠加,煤柱下方工作面冲击危险性较正常回采期间一般有所升高。基于SOS微震监测系统监测桃山煤矿工作面通过煤柱影响区域的微震活动,分析了微震空间分布规律,能量、频次变化规律以及震动信号频谱特征。研究结果表明：（1）工作面过煤柱影响区域,震动能量、频次均有显著提高,强矿震发生在微震活动持续增强或急剧下降阶段;（2）冲击矿压主震信号较前兆信号有主频低,振幅大,速度快,衰减慢等特征。研究成果为评价煤柱影响区域冲击矿压危险性提供依据,具有一定的理论意义与实用价值。     

冲击危险性分源权重综合评价方法

针对冲击地压综合监测如何设计及评价结果如何判断的问题,从诱发冲击启动的载荷源着手,提出冲击地压分源监测评价的理论,建立冲击地压分源权重综合评价模型,并开展实践应用研究。结果表明:冲击地压监测以激发冲击启动的载荷源为靶目标,分别对集中动载荷源,集中静载荷源开展分源监测,同时依据载荷源类别、产生原理、时空特征进行方法,方位确定;对不同监测物理量进行归一化处理,采取连续监测数据作为样本分析,通过熵权法进行计算,确定各监测指标对冲击地压贡献率的大小,计算其权重,避免了人为定权的主观因素影响;将分源监测结果进行量化后与权重进行加权计算,并对计算结果采用置信度识别原则,通过验证分析,分源权重综合评价方法能够反映出当前危险程度及发展趋势。     

煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展

新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。     

矿井群冲击地压发生机理与控制技术探讨

大型地质体控制下,相邻矿井开采过程中时常发生冲击地压。为研究大型断层和巨厚砾岩层顶板条件下两个相邻矿井间相邻工作面开采过程中冲击地压的发生机理,以义马矿区跃进矿23070工作面和常村矿21220工作面为实际工程背景,对两工作面回采期间冲击显现特征和微震事件时空演化及能量特征展开现场实测分析,并对井间覆岩结构应力分布开展理论分析和数值模拟。研究结果表明,义马矿区F16逆冲断层的活化运动和巨厚砾岩层的整体控制作用,为冲击地压的孕灾提供了力源条件,井间相邻工作面同时回采期间,采空区上覆岩梁与井间煤岩柱系统构成“非对称T形”结构,21220工作面煤体冲击导致应力转移至井间煤柱和23070工作面,从而诱发23070工作面冲击;井间开采扰动导致应力转移并诱发冲击地压,与滞后开采工作面初始冲击强度及推进长度具有密切关系;基于理论与工程实测结果,提出了以弱化矿井间高应力传递的结构链为核心的井间“弱链增耗”防冲技术。为巨厚砾岩层顶板矿井群开采条件下相邻矿井工作面冲击地压发生机理及控制技术的研究提供理论基础。