褶皱区域煤柱型冲击矿压前兆信息与监测预警指标研究

发布时间：2020-06-21 13:08

【摘要】：我国西北部地质构造运动活跃,褶皱构造发育,煤矿开采过程中受褶皱煤柱复合因素导致的冲击矿压愈发常见,但关于褶皱区域煤柱型冲击矿压的研究相对较少。为此,本文以胡家河矿褶皱区域煤柱型冲击矿压为研究背景,通过理论分析、现场原位观测与识别、实验室试验、模糊数学计算等方法,研究褶皱区域煤柱型冲击矿压的前兆信息与监测预警指标,实现开采过程中的准确监测预警,以及时采取有效措施,防治褶皱区域煤柱型冲击矿压的发生。理论分析了褶皱、煤柱的受力状态和冲击显现特征,得到褶皱区域受水平静载应力集中,煤柱受垂直静载应力集中,褶皱构造区域的煤柱围岩体同时受垂直与水平高静载应力的叠加影响,当静载应力或采掘、矿震等动载应力与静载应力叠加超过冲击矿压发生的临界应力水平时,就会诱发冲击矿压灾害的发生。胡家河煤矿属于典型的褶皱、煤柱型冲击矿压,依据在褶皱、煤柱等阶段微震监测预警的前兆信息特征,选择确定的A(b)值、断层总面积A(t)、微震活动度S、微震活动标度△F、等效能级参数EEM、总应力当量TSE等参数在冲击矿压发生时呈现高值异常;b值和算法复杂性AC在冲击矿压显现发生时呈现低值异常。通过实验室试验,得到胡家河煤矿煤样破坏过程的全应力应变曲线;根据试验观测结果,在试样失稳破坏时,现场确定的参数指标出现明显的上升或跌落特征,与应力应变曲线具有很高的正向或负向耦合关系;因此可以从这些参数指标与应力应变的耦合关系中辨识出冲击矿压发生的前兆信息,揭示出各指标监测预警褶皱区域煤柱型冲击矿压的可行性。基于煤岩体受载变形至失稳破坏过程中的力学响应,弹塑性过渡阶段及塑性变形阶段中应力与应变的关系,经无量纲标准化处理,得到褶皱、煤柱型冲击矿压危险的监测预警指标和危险判别准则。以原位观测和试验结果,构建了由8个指标组成的综合监测预警指标体系。应用高斯模型结合可靠性理论中样品破坏时间的指数分布函数,建立综合监测预警体系中各指标的隶属函数,应用混淆矩阵中分类模型评估方法(F-score)确定综合监测预警指标体系中每个指标的权重,最终通过最大隶属度原则(MMDP)和变量模糊模式识别(VFPR)原则,得到褶皱区域煤柱型冲击矿压危险的综合监测预警结果。基于褶皱区域煤柱型冲击矿压综合监测预警方法,开展了胡家河401103工作面监测预警工程实践,取得良好应用效果。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD324
【图文】：

平面图,矿井开拓,平面图

回采 401、402 盘区，401 盘区为矿井首个回采盘区。4#煤层各盘区工作面全部采层放顶煤开采工艺，首先回采上分层，最后回采下分层。截至 2019 年 3 月，401101102、402103 以及 401105 工作面已回采完毕形成采空区，当前正在回采 40110面，401101 工作面正在掘进阶段，402102 工作面回采巷道已贯通，为下一接续工，401、402 盘区工作面具体布置如图 1-1 所示。由于采用双巷布置，401102 工作面与 401101 工作面采空区之间存在 3 条 20m 宽柱，401102 工作面回采过程中矿临空侧压显现剧烈，巷道帮部变形严重，局部区域、顶板破碎现象较为严重，发生多次冲击事故，给现场安全生产带来巨大威胁。402作面在褶皱阶段微震事件显著增多，大能量震动频繁出现，微震沿褶皱轴对称分布明显，大能量事件多次诱发工作面冲击显现，严重威胁矿井生产安全。401105 工作褶皱阶段微震能量、频次明显增大，沿褶皱轴密集分布，在回采末段受超前支承压褶皱构造的双重影响，矿压显现加剧，煤炮声密集，巷道围岩变形严重。为避免褶域煤柱型冲击矿压事故的发生，保证矿井生产安全，十分有必要深入研究褶皱区域型冲击矿压发生的前兆信息规律，实现高精度监测预警褶皱区域煤柱型冲击矿压的，及时采取有效卸压措施，降低、减弱冲击矿压危险程度，保证矿井的安全生产

路线图,研究技术,路线图,冲击矿压

1 绪论监测预警的理论基础。4）褶皱区域煤柱型冲击矿压综合监测预警方法与工程实践据试验中煤岩受载失稳破坏过程中的力学响应，建立冲击矿压监测预警危险并将各预警指标进行归一化处理，形成褶皱区域煤柱型冲击矿压综合监测预；建立监测预警指标的隶属函数，确定各预警指标的权重，最终计算得到综的结果；将该综合监测预警方法在现场工程实践中进行可靠性与实用性检验指导矿井开采中褶皱区域煤柱型冲击矿压监测预警的目的。研究技术路线（Technology Route of Research）文研究方法主要包括理论分析、现场数据分析、实验室试验等。具体研究技 1-2 所示。褶皱区域煤柱型冲击矿压前兆信息与监测预警指标研究研究对象

【参考文献】