冲击地压多参量评价指标及危险性预警研究

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煤炭是我国的主体能源。浅部煤炭资源开采殆尽促使我国大部分煤矿逐渐转入深部开采。“三高一扰动”的深部开采条件下,以冲击地压为代表的煤矿动力灾害越来越严重,严重危及煤矿的生产安全。研究冲击地压灾害的动-静态前兆信息指标及预警模型,对煤矿冲击地压的防治工作有重要的指导意义。本文以河南某煤矿为研究对象,通过对实验室煤样破坏的系列前兆信息指标展开研究,探究工程尺度下煤矿冲击地压灾害的监测预警方法,研究的主要内容及所得到的结论如下:(1)通过对该矿井煤样进行单-三轴实验,发现煤样虽取自同一位置,但自身裂隙发育程度等因素会导致试件的抗压强度等产生差异;试件所受围压变化时,其三轴抗压强度出现较大差异。煤岩体破坏受诸多“静态”和“动态”因素影响;分析声发射参数规律,试样在峰值应力附近时,煤岩体应力-时间变化曲线上出现明显的“应力降”现象,此时振铃计数与绝对能量有剧烈上升变化,因此“声发射能量骤增”变化可较好反映煤样试件破裂的动态前兆信息。(2)煤样声发射的空间演化特征可直观地展现煤样在加载破坏过程中其内部裂隙的产生,最开始集聚点多在端部而非试件中心;对应于工程尺度,大能量微震事件沿上巷与下巷分布明显,多发生在靠近两巷附近的位置,两种尺度下的定位分布规律具有较好的相似性。(3)研究天然地震学中与能量相关的前兆信息指标在煤样破坏声发射及现场微震监测的演化规律。研究表明大能量事件发生时:b值处于极小值附近,A(b)值与EEM值处于极大值附近;煤样的声发射累计振铃计数与能量存在“阶梯状”变化规律,而现场微震能量与频次的演化规律存在“缺震”的现象,两种现象都揭示了能量的积蓄变化。证明了两种尺度下前兆信息的相似性,并且该三项量化的指标可以作为冲击地压的前兆信息指标。(4)从实验室的试验可以看出,动态与静态指标对冲击地压的影响都不可忽视。根据矿区资料,选取影响工作面冲击地压发生的18个静态因素进行静态综合危险性评价;根据现场应力监测系统,引入3个实时判定冲击危险性的应力计算指标,并对这三项指标赋予不同的权重,得到实时监测的应力危险指数等级;引入概率论中的贝叶斯后验概率理论,利用时变权重算法赋予各个单评价模型动态权重,建立冲击地压综合预警模型,形成完整的多源异构数据体系,识别冲击地压多参数散点的综合风评价。(5)基于贝叶斯综合预警模型开发出一个冲击地压智能预警软件平台,并将此软件应用在了河南某煤矿的工作面。实现了冲击地压危险性24h动态监测,对潜在的煤矿冲击地压灾害危险性区域能够进行实时的动态分级显示及预警。
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