辽宁某矿千米深井冲击地压地面微震监测预测研究

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冲击地压是当前世界范围内煤矿开采中最严重的灾害之一,在其发生时,煤矿井下的几米甚到几百米的巷道都可以被瞬间摧毁,严重影响了煤矿开采安全环境。本文针对当前我国千米深井煤矿开采现状,结合国家在“十四五”期间关于煤矿安全开采的战略规划,采用理论分析与现场工程实践等方法,以辽宁某千米深井冲击地压矿井为主要研究对象,按照煤矿实际情况开展地面微震监测研究,根据监测结果分析矿井开采期间地面微震事件的演化规律,并开展千米深井冲击地压的最大震级和发生冲击地压类型研究。通过辽宁某矿三个千米深采区工作面概况、地质构造、开采过程采用的监测预警技术以及它们各自所具有的特征,分析可得当前千米深井冲击地压矿井采用的井下多源前兆信息联合识别模式缺少足够的理论依据,没有普遍性与适用性,并且反映冲击危险性的前兆信息往往具有异常复杂性和多样性。对比传统的微震监测系统,研究针对千米深井冲击地压矿井的地面微震监测系统,包括其软硬件组成、监测台站布置、台站组网、微震信号到时、定位及震级测算方法等。现场进行了对辽宁某千米深井冲击地压矿井进行地面微震监测系统的布设与应用。结果表明:(1)在工作面开采期间,不同能量级的微震事件分布具有分区特征,集中分布于开采的工作面附近和侧向采空区,且垂直方向上大多微震事件位于煤体和顶板岩层中,说明该矿当前工作面的顶板可能会是诱导发生冲击地压事故的主要因素;(2)月推进度、微震事件数、微震事件月总能量三者之间有一定的正相关关系,推进度较大的月份,对应的微震事件数与微震事件月总能量一般较高。通过实时监测发现,7月份地面微震监测系统中的微震事件数和每日能量呈现增大趋势,对矿井发出警报,给出了该工作面回采过程中加强巷道支护强度,避免因检修等原因停产后提高开采速度的建议。在冲击地压地面微震监测研究基础上,开展基于微震监测的冲击地压危险性预测,主要结论有:(1)地面监测系统的微震事件,其单次能量最大值、单日总能量和单日总频次三者之间有较好的正相关关系,选取最高单日4.00E+04J以上频次5次为该地面微震事件预警值;(2)通过震级-频度关系研究,得出冲击事件震级与发生频次的对数之间有较好的线性关系,拟合直线方程为7)2)=2.036-0.586。根据拟合曲线计算得到该冲击地压矿井当前开采条件下可能发生冲击地压最大震级为3.47级;(3)通过微震事件矩张量分析,对事件破坏类型进行了计算,得到混合型破裂事件占比42.90%,剪切型破裂事件占比37.50%,拉伸型破裂事件占比19.60%。大能量微震事件破坏类型以混合型破裂和剪切型破裂为主,两种破裂类型占比达到80.40%。该矿冲击地压防治应更加侧重于剪切型破裂与混合型破裂,采取分类防治措施,为今后采取有针对性科学防治提供了合理依据。
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