矿井采区应力分布的地震预测方法研究

近年来，煤矿采区动力灾害造成了大量的人员及财产损失。现有研究认为，煤矿采区动力灾害主要受煤层及其上方关键层的应力非均匀分布控制。本次以煤层及其上方关键层为研究目标，结合密度和层速度反演、矿井地震波CT 及方位各向异性分析、岩样测试、地质力学仿真模拟和岩石物理随机模拟等技术和方法，综合研究煤矿采区应力分布的地震预测技术。首先，根据采区测井曲线和应力分布控制要素的特点，研究高质量声波曲线生成技术和采区关键层定量评价技术。其次，分别从孔隙压力预测、速度与应力关系、零偏移距剖面反演和垂向应力分布的仿真模拟等几个方面研究采区垂向应力分布预测技术。通过对比多种孔隙压力预测方法，发现Flemings法的预测效果最好。通过实验测试，发现岩样速度与应力呈幂函数关系，并且关系曲线受围压影响。AVO反演可以获得零偏移距剖面，但非煤地层的反演效果较差，不能直接用于速度体和密度体反演。在上述研究的基础上，通过地质力学建模，仿真模拟高精度的采区垂向地应力分布。再次，分别从采区构造煤分布、方位各向异性分析和水平应力分布的地质力学仿真模拟等几个方面研究采区水平应力分布。通过将机器学习算法和地震属性相结合，可以获得高精度的构造煤厚度确定性预测。将Monte Carlo随机模拟和地震属性相结合，可以获得高精度的构造煤厚度非确定性预测。通过方位AVO等方位各向异性分析，可以获得最大水平主应力方位在采区中的准确分布。在上述研究基础上，通过地质力学建模，仿真模拟高精度的采区水平应力分布。最后，利用矿井地震波CT和微震监测探测工作面高应力区，并通过Monte Carlo随机模拟和点过程空间统计研究断层与高应力区的相关关系。研究发现，断层与高应力区正相关，实例工作面中两者的相关半径约20m。总之，本次研究探索了一套切实可行的采区地应力分布预测技术，达到了预期的研究目标。但由于地震分辨率的限制，精细构造及岩性对地应力分布的影响有待继续深入研究。 2100433B

近年来，煤矿采区动力灾害造成了大量的人员及财产损失。现有研究认为，煤矿采区动力灾害主要受煤层及其上方关键层的应力非均匀分布控制。本次以煤层及其上方关键层为研究目标，结合方位各向异性分析、层速度反演、矿井弹性波CT及方位各向异性分析、岩样测试和岩石物理随机模拟等技术和方法，综合预测煤矿采区应力分布。预测主要包括采区垂向应力分布和采区水平应力分布等两部分。对于采区垂向应力分布的预测来说，主要结合AVO反演、测井曲线约束层速度反演、岩样弹性波速度与应力关系测试和岩石物理随机模拟等技术进行。对于采区水平应力分布的预测来说，主要结合方位AVO的方位各向异性分析、矿井弹性波CT及方位各向异性分析和岩石物理随机模拟等技术进行。通过上述两个方面的预测，最终获得矿井采区垂向应力分布和水平应力分布，为煤矿采区冲击矿压和煤与瓦斯突出等动力灾害的有效防治，提供可靠的应力分布资料。

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采区设计指采区内准备巷道布置和采煤方法的方案设计和采区施工图设计。煤矿开采的对象是条件各异的煤炭资源，开采技术随煤层赋存情况不同而有很大的差异，而在一定的地质开采技术条件下，怎样去布置采区 准备巷道以及在什么范围内布置，又有多种方式，所以开采设计是否合理将直接影响矿井的开采成本，结合矿井的实际，优化开采设计可从根本上扭 转生产的被动局面，为安全生产提供系统保障。

中文名称

采区设计

英文名称

miningdistrict design;panel design

定　　义

采区内准备巷道布置和采煤方法的方案设计和采区施工图设计。

应用学科

煤炭科技（一级学科），煤矿开采（二级学科），矿山开发和煤矿设计（三级学科）

矿井涌水量相关分析法

通过矿井涌水量与主要影响因素之间的统计规律性建立相应的回归方程，并进行矿井涌水量预测，这便是相关分析法。

实践证明，矿井涌水量与很多因素间虽然没有确定的函数关系，但却存在某种统计关系。特别是对介质非均质程度高的岩溶充水矿床，以及一些大气降水作为主要充水水源的矿床，建立确定性的水文地质模型存在困难时，可采用数理统计分析的方法，建立统计模型，来预测矿井涌水量。相关分析法与水文地质比拟法及Q—S曲线法一样，是一种简单的近似法。它的最大优点是计算过程中避开了那些难以确定的水文地质参数以及一些尚未解决的机理问题。弱点是得到的结论只是一种可能性。为保证预测精度，要注意两点：一是要有足够的数据和较长的数据系列；二是要以定性的机理分析为基础，正确选择相关因子。

矿井涌水量水均衡法

水均衡法是应用水均衡原理预测矿井涌水量的一种方法。它是通过研究均衡期矿区地下水收支项目间的关系，建立均衡方程式，进而计算矿井涌水量。水均衡法原理清晰，但实际工作中要准确计算地下水均衡的各组成部分是十分困难的。所以，均衡法一般只适用于统一完整的水文地质单元内补给和排泄量容易确定，并且有长期观测资料情况下的矿井总涌水量的预测。

矿井涌水量降深曲线法

Q—S曲线法是利用抽（放）水试验的资料，建立涌水量（Q）与降深（S）关系的曲线方程，然后根据试验阶段与未来开采阶段水文地质条件的相似性，把Q—S曲线外推，来预测矿井涌水量。

《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。