煤矿冲击地压灾害发生机理及监测预报研究

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冲击地压是一种比较严重的灾害性事故,它作为煤矿井下一种较为常见的煤岩动力灾害,对于它的定义,一致认为是:煤岩体力学煤岩体系统内部岩石结构实际承受的强度载荷超过了其本身物理力学的特性,多余的应力则会以弹性能的形式积聚在煤岩体内。一旦满足释放条件,大量弹性能则会就会以特别急速、猛烈地爆炸方式释放出来,使围岩发生局部甚至大面积震动垮落现象,使巷道或工作面遭到严重破坏,同时会伴有伴随剧烈的声响发出,其直接导致的破坏结果是使布置在巷道内的液压支架与位于采掘工作面的机器设备被大量埋藏,而且大量巷道被严重压缩变形,有事甚至还会发生工作人员伤亡事故。由于近几年我国煤矿开采深度不断加深,对深度开采的生产条件也要求更高。其中主要是随着煤矿开采深度逐渐加深和地质条件日益复杂,开采条件也面临严峻挑战,深部开采的最大问题就是冲击地压带来的危害,近几年来,随着井田开拓越深,发生地压的矿井数量也呈现增多趋势。如何能做到安全生产,是每个深部矿井所要重点解决的难题,所以,基于对现实中煤矿面临的地压问题,有必要深入了解冲击地压发生的机理,从而提出科学合理的预防治理措施,最大程度的解决冲击的危害性。  本论文选取山东省梁宝寺煤矿为研究对象,但由于梁宝寺煤矿正在开采的工作面为3201、3301、3312、3316、3412、3416等,工作面较多,研究工作量较大,任务繁重,而且由于限制于一定的限制,所以本论文拟选取地质条件典型,发生冲击地压可能性较大的3416工作面为研究对象,进行工作面全程实时监测,监测周期为一个月,监测内容主要为每个工作面的顶、底板应力分布与变化情况,监测冲击地压发生的具体位置,并测算出其强度大小;监测采场工作面周围岩层的三维破裂所存在的规律性,进而定性给出采场围岩应力空间分布情况;确定工作面在掘进过程中,煤层超前破裂的范围,从理论上预测煤与瓦斯突出时的情况;确定工作面采动时的高应力和高应力存在的差场,为及时预警冲击地压提供一定的依据;确定矿柱和坚硬岩层破裂过程,为预测可能发生的矿震提供参考;监测并确定岩体超前支承压力影响区域范围,以确定超前支护所要满足的合理参数以及区段矿柱设计尺寸;监测并预报断层存在的活化过程,预报断层活化带来的灾害事故等。  BMS-II微地震监测系统采用采区内集中式和采区间分布式两种布置方案,对工作面前方300米范围内冲击地压危险进行判断,分别用于单个采场的冲击地压监测和整个矿井区域范围的冲击地压监控。当井下震源发生震动后,震动便会产生电信号,电信号经数据线实时传输到地面监控主机,经过震源定位,以平面、剖面形式展示在电脑主机上,从而可以清楚的了解井下微地震事件的有关位置和能量等的详细信息。对于监测到的产生微震事件频繁的区域,采用钻屑法进一步监测,若煤粉量超标,则立即停止该区域生产作业,撤出人员,实施解危措施。  BM-SII微地震监测系统的使用,在很大程度上简化了钻屑法监测冲击地压的使用,它不但减轻了工人工作时的劳动强度,而且由于监测精度的提高,也大大增加了工人的工作效率。  BM-SII微地震监测系统的工作原理:当有震动产生时,安装在测区煤岩体中的微地震检波器就会接受相应地震动信号,信号经数据线传输至井下转换微震信号的微地震监测分站SAT,SAT分站则将电信号转换为相应地光信号,然后光信号经光纤传输至UTC控制器位置,经由交换机交换后,光信号则会被传输至地面数据采集主机,再传输数据存储及处理主机进行微地震事件的定位分析与多方位展示,最终确定震源的位置和相关参数。
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