[00124302]震动场、应力场联合监测冲击地压的理论与应用

一、课题来源和背景 本项目课题来源：震动场、应力场联合监测煤矿动力灾害的基础研究（中央高校基本科研业务费资助） 课题研究背景：冲击地压是我国煤矿最为严重的动力灾害之一,而煤炭是我国的主要能源。随着煤炭开采强度的持续和开采深度的逐年增加,冲击地压灾害日趋严重,冲击危险矿井不断增多（已超过160对）,加之我国煤矿开采地质条件复杂,冲击地压灾害影响因素多,实现有效监测预警及解危难度大,严重制约了矿井安全高效生产。监测预警是冲击地压防治的重要环节之一,但由于冲击地压发生机理的复杂性与监测物理量的单一性等原因,造成单物理量监测方法的可靠性和预警准确率偏低。因此,进一步深入研究有效的预测预警技术,是冲击地压灾害危险矿井安全高效开采的重大需求。 二、研究目的与意义 以冲击地压监测预警为背景,通过研究,构建了震动场、应力场联合监测冲击地压的模式,建立了冲击地压监测预警技术体系,提出了“全频广域”震动监测技术和冲击地压震动预警指标体系,可同一矿山地震监测台网和国家地震监测台网关于同一震源的震级,并积极推广应用研究成果,为冲击地压监测预警提供理论基础和实用技术,对丰富煤矿冲击地压防治理论具有重要意义。 三、主要论点与论据 项目主要论点及论据如下： 1、凝练形成了冲击地压灾害震动场、应力场联合监测预警理论 （1）构建了应力、震动对冲击地压的作用模型,揭示了两者对冲击地压的联合作用机制。 （2）基于煤层失稳模式不同对冲击地压进行了新分类,并指明了两类冲击地压的可监测特征。根据力源不同,将冲击地压分为“自发型”和“诱发型”两类。 （3）确立了冲击地压灾害震动场、应力场联合监测模式,揭示联合监测冲击地压灾害的技术内涵。 2、建立了冲击地压灾害渐进式预测预警技术体系 （1）创新集成冲击地压危险预测的综合指数法、可能性指数法和多因素耦合法,实现了对冲击地压危险区域及危险程度的宏观辨识。 （2）开发了高精度微震监测预警技术,实现了对冲击地压连续区域横向预测预警。 （3）开发了应力动态实时在线监测技术,实现了对冲击地压的局部时间纵向预测预警。 （4）构建了冲击地压灾害渐进预测预警技术体系,实现了渐进式预测和“宏观-区域-局部-点”全局“无缝”监测。 3、研发了冲击地压灾害“宽频广域”震动监测预警技术 （1）揭示了冲击地压孕育过程中震动信息特征和震动监测机制,创新形成“宽频广域”震动监测技术。 （2）推导出持续震级和里氏震级之间的转换公式,统一了冲击地压灾害程度评价标准。 （3）构建了冲击地压震动监测预警体系,确定了回采工作面限产、停产预警指标,提高了冲击地压预警级别。 四、创见和创新 本项目取得的核心成果与国内外同类技术相比较,在监测物理量、预警体系以及震动监测预警方面存在不同,本项目提出了震动场、应力场联合监测模式,以及渐进式预测预警技术体系,形成了“全频广域”震动监测技术。总结而言,本项目的主要科技创新成果如下： （1）凝练形成了冲击地压灾害震动场、应力场联合作用与监测预警理论。揭示了应力场、震动场对冲击地压的渐进式和触发式作用机制,并将冲击地压分为“自发型”和“诱发型”两类,指明了两类冲击地压的可监测特征分别为“应力变化趋势”和“震动时空分布”。 （2）建立了冲击地压灾害渐进式预测预警技术体系。创新集成冲击地压危险前期宏观预测的综合指数法、可能性指数法和多因素耦合评价法,实现了对冲击地压危险区域及危险程度的辨识。采用渐进式预测预警技术,实现了早期预测与临场预警、区域预警与局部预警相结合的综合预测预警。 （3）研发了冲击地压灾害“宽频广域”震动监测预警技术。集成创新高精度微震、中低频微震和高灵敏度矿山地震等监测技术,形成了“宽频广域”震动监测技术;推导出持续震级和里氏震级之间的转换公式,统一了冲击地压灾害程度的评价标准;开发了基于类似工作面震动事件能量变化规律的冲击地压震动预警体系。 五、社会经济效益及存在的问题 推广应用与取得的社会和经济效益包括：本技术成果或部分成果已成功推广应用于山东新巨龙能源有限责任公司、枣庄矿业（集团）有限责任公司田陈煤矿等企业,近两年成功采出受冲击地压灾害威胁的煤炭1759.34万吨,创造利润1.5亿元,推动了煤炭行业安全科技进步,取得了显著的社会效益。 六、历年获奖情况 项目“深厚表土特厚煤层综放开采冲击地压防治成套技术”（证书号：2014-293-R02）获中国煤炭协会科学技术二等奖; 项目“深厚表土综放工作面大面积异常来压控制技术研究”（证书号：2015-3-33-01）获中国职业安全健康协会科学技术三等奖; 项目“巨厚砾岩下强冲击特厚煤层下山煤柱区巷道防冲技术”（证书号：2013-3103-R05）获中国煤炭工业协会科学技术三等奖; 项目“煤矿覆岩破裂灾变的机理、监测与控制研究”（证书号：2006-209）获教育部科技进步二等奖; 项目“煤矿冲击地压预测与防治成套技术”（证书号：2010-J-238-2-01-R04）获国家科技进步二等奖。