冲击地压危险性预测的微地震学应用基础

全国煤矿全面进入深部开采，冲击地压灾害趋于严重，大量矿山引进微震设备，监测采动岩体破裂，渴望能够预测预警冲击地压，但引进设备缺少相应的冲击地压预测分析软技术。 在此背景下，由国家自然科学基金支持，本项目开展“微震法冲击地压危险性预测技术应用基础”研究。主要研究区域构造应力场、矿井局部应力场、采矿地质条件、开采技术条件、开采方式和煤岩力学性质等孕育冲击地压基本条件和冲击地压发生规律；微地震学预测冲击地压危险性的基本原理和应用条件；采矿地质条件、开采技术条件、顶板破断周期、顶底板损伤的岩体微破裂灾变指标和岩体破裂速率指示的岩体灾变指标；研发基于微震监测的冲击地压危险性预测计算机分析技术。 研究获得了应用区域地震地质分析、震源机制解答，研究区域应力场对矿井应力场调制作用的分析方法；获得了根据微震能量、频次、周期、动力响应特征、累积损伤等指标对采动对应力集中区、地质弱面和煤柱等区域灾变的判断和分析方法；获得了以采动微震频次判断顶板破断周期的分析方法和敏感指标；获得了回采和掘进顶底板损伤深度指标、岩体破裂速率指标及岩体动力灾变的分析方法；升级编制了预测分析工具软件包。挖掘整理出抚顺煤田由浅入深48年连续完整的微震科学观测数据，国内独有。 项目执行期间，发表并被SCI收录期刊论文1篇、EI收录论文7篇、中文核心期刊6篇（其中4篇因疏忽未标注基金）；获省部级科技进步一、二、三等奖各1项；培养与本项目研究内容相关的毕业硕士11名，在读硕士生2名、博士生2名。 研究成果在甘肃华亭煤矿山、寨煤矿、淮北海孜煤矿、平煤十一矿、抚顺老虎台矿进行了初步应用，取得了良好的效果。可望为实现冲击地压区域和局部危险性动态跟踪预测提供基本理论和应用基础，为国家层面制定微震法冲击地压危险性预测技术规程提供技术支撑，为深部开采煤矿冲击地压防治提供技术保障。 2100433B

冲击地压危险性预测是有效防治冲击地压灾害的重要基础。针对目前大量煤矿进入深部开采,冲击地压灾害渐趋严重，现有危险性预测方法效能不高和短缺微震法冲击地压危险性预测技术的现状，本研究以开采扰动下应力场重分布→采矿地质与开采技术条件动力响应→煤岩介质受力损伤快速灾变的力学机制为研究主线，采用微震学、矿山岩体力学、数学分析和信息学等多学科理论、方法和技术手段，通过探索采矿地质条件、开采技术条件、顶板破断周期、顶底板损伤的岩体微破裂灾变指标和岩体破裂速率指示的岩体灾变指标，研究微地震学预测冲击地压危险性的基本原理和应用条件，研发基于微震监测的冲击地压危险性预测计算机分析技术，为实现冲击地压区域和局部危险性动态跟踪预测提供基本理论和应用基础，为国家层面制定微震法冲击地压危险性预测技术规程提供技术支撑，为深部开采煤矿提供技术保障。研究过程发表SCI、EI收录论文10 篇以上，培养研究生3～5 名。

1 概述

1．1 我国冲击地压矿井现状

1．2 冲击地压国内外研究综述

2 “工程地质”与“工程力学”耦合预测冲击发生可能性判据

2．1 微地震监测结合“工程地质”预测构造应力异常区

2．2 Wet与Ic耦合划定冲击发生可能性的综合判据。

2．3 冲击地压震级及冲击显现等级的确定探析

2．4 小结

3 微地震定位监测预报冲击地压的原理与方法

3．1 地震监测矿震的原理、成果及局限性

3．2 微地震定位监测冲击地压的地球物理原理及定位方法

3．3 岩层破裂场与采动应力场的关系

3．4 微地震定位监测预测、预报冲击地压的原理与步骤

3．5 小结

4 微地震定位监测系统安装方案及监测数据处理方法的应用

4．1 试验现场条件

4．2 微地震监测系统安装

4．3 监测数据处理方法

4．4 小结

5 微地震定位监测预警冲击地压分析方法的应用

5．1 矿震、微地震与冲击地压频度的相关性分析

5．2 工作面超前压力集中范围

5．3 采场岩层三维空间岩体破裂与应力场分布

5．4 关键层运动诱发矿震的微地震探测初步研究

5．5 开采保护层的卸压效果评价及参数确定

5．6 微地震定位监测预警冲击地压方法

5．7 小结

6 冲击危险区域处理预案与解危方法

6．1 冲击危险区域处理预案——大直径钻孔卸压技术研究

6．2 冲击危险区域解危方法——深孔爆破

6．3 基于微地震监测的卸压效果评价

6．4 冲击地压管理机制

6．5 小结

参考文献

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《冲击地压矿井微地震监测试验与治理技术研究》 对“工程地质”结合“工程力学”进行分析，提出动 静态兼具的划定冲击地压可能发生区域的综合判据。根据断裂力 学知识说明微地震发射机理和确定P波或S波定位的机理，阐述 Ms预测预报冲击地压的力学原理及方法。对试验研究的具有冲 击倾向的工作面进行覆岩空间结构分析与采动应力预计，对预测 冲击地压可能发生的区域设计微震监测方案。通过对监测结果的 数据分析，揭示微地震定位监测预报冲击地压的规律和总结工程 应用方法，并对冲击地压的解危措施——大直径钻孔卸压参数进 行三维数值仿真模拟计算，研究合理钻孔间距、深度等参数。 《冲击地压矿井微地震监测试验与治理技术研究可供从事煤 岩动力灾害、冲击地压等科研院校科技工作者、工程技术人员， 以及高校师生使用。

《冲击地压矿井微地震监测试验与治理技术研究》主要包括由“工程地质”结合“工程力学”进行分析，提供适于具体矿井动态兼具的划定冲击地压可能性等级的综合判据，并在以后的实践中加以验证。分析了微地质定位监测的地球物理原理，确定了岩体碎裂定位方法进行了定位精度评价。研究了基于岩层破裂场与采动力场关系的微地震定位监测预测预报冲击地压的原理。通过在华丰煤矿工程应用，探索了微地震定位监测预警冲击地压的方法。进行了冲击危险区域解危方法——深孔爆破方案设计、实施及评价。