大采高综放面底板破坏深度的高精度微震监测研究

煤矿底板突水事故严重威胁着矿井的安全生产,煤层采动引起底板隔水层破坏是诱发突水的重要原因,而进行底板破坏深度探测是预防突水的有效技术手段。以何家堡煤矿为例,将高精度ARAMIS M/E微震监测技术应用于特厚煤层大采高综放面的底板破坏中,首先在工作面两侧巷道的底板锚杆上以菱形方式布置6个检波器探头,然后用最小二乘法选择最佳波速参数,用振动持续时间法计算微震能量,最终通过分析微震事件的能量、频次和密集程度确定煤层底板岩体的破坏范围。为探讨微震监测底板破坏深度的准确性,采用塑性力学中解析法进行理论计算。结果表明,微震监测技术与理论计算结果较接近,验证了微震监测应用于探测底板破坏深度的可靠性。     

新安矿煤层开采底板破坏程度及底板水防治技术

根据新安矿底板3#煤层含水层分布情况,研究煤层开采过程中对底板的破坏程度,通过钻孔注水实测和数值模拟相结合的研究方法,确定底板破坏"下三带"分布规律,依据底板"下三带"理论判断工作面底板突水危险程度,得出新安矿底板岩层中完整岩层带偏小,底板破坏深度在18～20 m,突水危险性高。针对地质条件和底板"下三带"破坏情况提出了该煤层开采时底板突水隐患的防治方案。     

采动过程中煤层底板破坏特征及破坏深度分析

为得到采动过程中煤层底板破坏特征及深度,采用现场应变实测法对开采过程中煤层底板进行监测,获得底板不同深度的轴向应变和径向应变变化曲线,分析应变变化得出煤层底板破坏范围及深度。通过在山西某煤矿5304-2工作面底板布置7个应变传感器进行现场应变实测,测试结果表明:该工作面底板破坏深度为14 m,其中采动扰动破坏深度约为12 m;采动过程中,底板所受矿压显现影响具有超前和延后的特点,影响范围随底板深度的增加而减小。     

采场底板应力分布与破坏规律研究

煤层开采后采空区四周形成不同程度的支承压力带,其中应力卸载与集中会向底板深部传递,进而影响到底板的破坏深度与范围。本文建立了综合考虑工作面走向与倾向受力特点的空间半无限体模型,推导出了底板垂直应力的迭代计算式,并采用数学软件 MATHCAD 计算出了不同深度处底板的应力分布情况,结果表明：底板各岩层垂直应力等值线呈椭圆形,浅部岩层等值线梯度较大,深部岩层等值线梯度较小。基于应力理论分析结果及Mohr-Coulomb准则计算出某矿底板最大破坏深度14.8 m,现场微震监测结果显示底板最大破坏深度15.2 m,两者相吻合。本文的研究成果可为围岩控制及承压水上安全采煤研究提供理论依据。     

微震监测技术在煤层底板突水防治中的应用

以桃园煤矿受承压水严重威胁的10煤1066倾斜煤层工作面开采为背景,采用数值模拟方法,找出了开采对倾斜煤层底板断层活化破坏规律；利用井下高精度防爆微震监测技术,实现了倾斜煤层底板破坏深度、底板断层活化程度的三维连续动态监测,并将其监测结果用于底板突水预测预报研究；通过及时采取防水措施,使1066倾斜煤层工作面顺利通过已...     

葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测研究

针对葛泉矿底板加固条件下带压开采下组煤的情况,依据采场底板不同深度应变监测值随工作面推进发生的变化情况,分析了葛泉矿首采工作面煤层底板岩体受采动破坏的情况,确定底板破坏深度为12.5 m。     

淮南矿区A组煤开采工作面底板破坏带深度确定

淮南矿区生产矿井已开采受深部高承压水严重威胁的A组煤,为了解决传统煤层底板采动破坏深度经验公式适用性差的问题;基于淮南矿区生产地质参数,利用统计软件SPSS分析了各类参数的偏相关性,优化了传统破坏深度计算公式,并将拟合公式应用于张集煤矿1612A工作面底板破坏的计算;基于数值模拟、微震监测对公式演算的准确性进行了验证。研究结果表明:煤层厚度等参数与破坏带深度具有相关性;通过拟合得到的新型计算公式计算工作面破坏深度达到27.33 m,与注水试验测得破坏带深度28 m、数值计算深度30 m相吻合;与利用现场监测的微震事件聚集分布得到的底板微破裂集中深度30~35 m相一致。     

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。     

极近距离煤层群上位煤层开采底板破坏深度研究

以大同矿区云冈矿极近距离煤层群开采条件为背景,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了极近距离煤层联合开采时上位煤层开采后的底板破坏深度。研究结果表明,极近距离煤层群上位煤层开采后的底板破坏深度与煤层采高、煤层强度、上覆岩层容重、应力集中系数、底板岩层强度等因素有关,结合云冈矿的实际工程地质条件得出其底板破坏深度约为4 m。     

基于微震与数值模拟的区域改造煤层底板破坏演化机理研究

为揭示淮南矿区开采区域改造A组煤煤层底板破坏深度演化规律，基于潘二煤矿12123工作面生产地质及注浆工艺资料，模拟分析了采场未注浆和注浆2种工况的采动响应，对比了不同注浆扩散半径下的底板破坏深度；根据回采过程中的微震监测数据，运用SPSS软件对其集中范围进行了聚类分析；讨论了具有相似地质条件的但未注浆的邻近1612A工作面底板破坏微震监测情况。研究表明：注浆条件下的底板破坏深度明显小于未注浆条件下的底板破坏深度，初步验证了底板区域注浆的治理效果；微震显示完整底板区的平均破坏深度约为25 m，与数值模拟结果相对应；实际底板区域注浆扩散半径为25～30 m；揭示了实际注浆前后底板破坏类型差异性，再次验证了注浆治理对底板破坏的影响。     

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。     

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。     

巨厚坚硬顶板工作面的底板破坏规律

针对郭庄矿开采9#煤时受巨厚坚硬顶板和底板奥灰水双重威胁的情况,利用现场钻孔注水试验手段与数值模拟的方法对9#煤底板进行破坏深度探测及破坏规律的研究.现场钻孔注水试验结果表明,工作面煤层底板监测钻孔控制深度内的底板岩层均发生了不同程度的破坏,最大破坏深度介于18.80~21.00 m,9#煤与下伏奥灰层间距不足20 m;数值模拟结果表明,坚硬顶板条件下,强制放顶比充填开采对煤层底板产生的破坏程度大.     

承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究

根据某矿综采工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,建立了反映完整底板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D软件数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及破坏特征,结果表明:煤层底板下0～4 m内岩体破坏较为严重,不具有阻水能力;煤层底板下4～10 m内岩体虽然发生了局部破坏,但其破坏程度相对较弱,具备一定的阻水能力。结合现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面推进的变化情况,确定出煤层底板破坏深度为8～10 m。综合对比分析得出煤层底板破坏深度为10 m。     

采后底板破坏深度探测与数值模拟研究

为探究祁东矿8231工作面采后底板破坏影响范围,采用数值模拟及地质雷达探测法,对8231工作面底板破坏特征进行研究.结果表明,工作面底板破坏起始于工作面前方一定范围,随着工作面推进,煤层底板破坏深度不断增加,同时,回采巷道受掘进和采动的双重扰动,其底板破坏范围稍大于工作面底板破坏范围;8231工作面底板破坏深度数值模拟...     

基于未确知聚类法的底板采动破坏深度动态预测

根据微震监测结果,利用未确知聚类优化法,选取采深、煤层倾角、采厚、构造影响程度4个主要影响因素作为判别指标,建立煤矿底板采动破坏深度动态预测模型。利用微震实测的18组数据作为训练样本,以样本均值为聚类中心,采用信息熵理论确定各判别指标的权重,通过计算样本的多指标综合测度与所属类别样本均值乘积之和获得底板采动破坏深度的预测值,并对样本数据进行逐一检验。为进一步验证该方法的可靠性,另选5组样本进行预测,将预测值与微震实测结果做了比较。研究结果表明:底板采动破坏深度的预测值与实测值的平均相对误差不超过1%,底板采动破坏深度动态预测模型是可靠实用的,可以在同类矿山进行推广应用。     

倾斜煤层底板采动破坏深度计算及破坏特征分析

根据半无限体理论,建立了倾斜煤层走向底板采动破坏深度力学求解模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以平煤十矿的开采地质条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,对22300工作面底板采动破坏特征进行数值模拟。研究表明:沿煤层走向方向,底板采动塑性破坏区大致呈1个勺底偏向停采线一侧的"勺状"分布形态,且当推进至工作面"见方"期(回采距离等于工作面斜长)时,底板采动破坏深度首次达到峰值15 m。采用位移传感器法,对底板破坏深度进行现场实测,底板位移监测曲线表明,底板采动最大破坏深度为14~16 m,与理论计算及数值模拟所得结果吻合。     

陈四楼煤矿煤层底板导水破坏深度预测

煤层底板破坏深度的确定是煤层底板是否发生突水的重要决定因素,因此对煤矿深部煤炭开采中煤层底板破坏深度的预测对于煤层底板承压水突出危险性程度判别具有重要意义,基于人工神经网络,在考虑底板破坏各影响因素作用的同时,通过对大量样本数据的分析处理,预测了陈四楼煤矿21201工作面、21301工作面以及2408工作面的底板破坏深度分别为11.67、13.61、14.1 m。并得到了底板破坏深度和采深关系的预测公式。     

采高对煤层底板破坏深度的影响

随着埋深增大,原底板破坏深度经验公式对不同采高工作面底板破坏深度的预计误差增大。以赵固二矿为背景,通过有限元数值计算方法对底板破坏规律进行研究、采用矿井对称四极电剖面法对不同采高底板破坏深度进行实测并运用Spass软件对4个底板采动破坏影响因素与底板破坏深度的关系进行多元统计回归分析。研究得出,煤层埋深较大时采高对底板破坏深度的影响明显;随着采高的增大,底板垂直应力减小,围岩竖直位移增大,位移等值线梯度减小,底板破坏深度增大;考虑采高因素的底板破坏深度线性回归公式对煤层开采工作面底板破坏深度的预计准确率高,适用性强。     

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。