采空区上覆岩层稳定性声发射监测可行性研究
《矿山压力及其控制》课件
开采深度
开采深度越大，岩层自 重和上覆岩层的作用力 越大，矿山压力也越大
。
采矿方法
采矿方法的选择和实施 方式对矿山压力的大小
和分布有直接影响。
支护方式
支护方式的选择和实施 对控制和调节矿山压力
有重要作用。
02
矿山压力的监测与检测
矿山压力监测方法
01
02
03
04
表面变形监测
通过测量地表位移、沉降等参 数，评估矿山压力状态。
将多个学科的理论和技术进行交叉融 合，形成更加全面和系统的矿山压力 控制方法和技术。
绿色环保
在矿山压力控制中注重环保和可持续 发展，减少对环境的影响，实现绿色 开采。
04
矿山压力事故预防与处理
矿山压力事故类型与原因
冒顶片帮事故
冲击地压事故
由于矿山顶板失稳、煤帮侧壁不稳等原因 导致的事故。
由于地下岩体在地应力作用下突然释放能 量导致的事故。
监测预警
建立完善的矿山压力监测系统，及时发现和 预警潜在的事故隐患。
培训与演练
加强员工安全培训和演练，提高员工应对突 发事件的应急处理能力。
矿山压力事故处理方法
现场处置
一旦发生事故，应立即启动应急预案，组织现场 人员撤离，并采取必要的应急措施。
医疗救治
确保受伤人员得到及时有效的医疗救治，降低伤 亡率。
物理模拟法
利用相似材料或物理模型 进行矿山压力模拟，通过 观察和测量模型的压力变 化来指导实际控制。
经验法
根据实际生产经验，总结 出矿山压力控制的方法和 技巧，通过实践不断优化 和完善。
矿山压力控制技术应用
采煤工作面
在采煤工作面中，通过合理布置采煤机、支架等设备，控制采煤高 度和推进速度，以减小矿山压力对工作面的影响。
06地应力测量及计算2
15
6.3 地应力的测量方法
一、现场测量：
对于现场测量方法，从测量方法的原理来看，可以分为截然不同的两
种方法: （这两种方法都是适用于矿山测量）
A B 采用钻孔来接近量测地点, 确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形； 在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。
4
6.2 地应力的成因及分布特点
地应力的成因 产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分 清楚的问题。30多年来的实例和理论分析表明，地应力形 成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块 边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋 转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水 压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的 应力场。其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场 的主要组成部分。
方位确定最大水平地应力方向。
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6.3 地应力的测量方法
2、水力压裂井壁受力模型
图6-1 井壁受力的力学模型
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6.3 地应力的测量方法
图6-2 井壁岩石应力状态图
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6.3 地应力的测量方法
现场水力压裂试验法是目前进行深部绝对应力测量的最直接方法， 它是根据试验测得的地层破裂压力，瞬时停泵压力，裂缝重张压力反 算地应力，其基本假设为：
一）地质构造对地应力的影响
二）断层对地应力的影响
断层的形成是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果，在一定的应 力场作用下，所形成的断层类型是基本固定的。 假定：断层所在地点的主应力方向之一是垂直的；在断层形成之前，岩 石是完整的，产生断层的岩石破裂过程遵循库伦准则，则可以由断层类型推 断三向地应力的相对大小。
物理模型试验光纤传感技术测试方法分析
物理模型试验光纤传感技术测试方法分析柴敬;杜文刚;袁强;张丁丁【摘要】地下工程常处于复杂三向应力状态,立体模型更能真实反映采场围岩应力状态.将传感光纤分别布置于几何尺寸为3000 mm×200 mm×1280 mm平面应力模型和3600 mm×2000 mm×2000 mm立体模型中,分析工作面与光纤不同空间位置时模型应变分布规律.结果表明:传感光纤在模型相似材料铺装前应施加轴向预应力,保持光纤处于预拉状态;温度定位法可实现光纤精准空间定位,当试验环境温度变化明显时,需对传感光纤进行温度补偿以消除温度效应引起的应变测量误差;采动岩体应变分布呈现3个阶段:工作面靠近光纤时,超前支承压力引起下位覆岩应变呈负向台阶变化;工作面过光纤时,垮落、离层区岩层断裂下移引起应变曲线正向台阶变化;工作面远离光纤后,采空区重新压实导致光纤处于受压状态,研究结果对岩土工程类立体模型试验监测具有一定借鉴意义.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2018(038)005【总页数】9页(P728-736)【关键词】矿业工程;模型试验;测试方法;光纤传感;应变监测【作者】柴敬;杜文刚;袁强;张丁丁【作者单位】西安科技大学能源学院,陕西西安 710054;西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 710054;西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TD3250 引言物理相似模型试验是矿业工程问题的主要研究方法之一。
采动引起覆岩变形是典型的灰色结构问题[1]，现场无法直接观测到煤层开采后地层的破断移动及结构特征，井下只能通过支架工作阻力、顶板离层监测、巷道收敛变形等手段推测局部围岩运移特征及矿压规律，不能掌握完整的覆岩结构特征及矿压规率。
微震监测技术在煤矿安全管理中的应用
微震监测技术在煤矿安全管理中的应用发布时间：2023-02-22T03:23:48.836Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷17期作者：陈宗耀[导读] 微震监测技术是一种集三维可视化、高灵敏度、实时性陈宗耀焦作煤业集团赵固（新乡）能源有限责任公司河南省新乡市453000摘要：微震监测技术是一种集三维可视化、高灵敏度、实时性、动态性和多元信息分析等优点于一体的新型煤矿信息监测技术，能有效监测及采集煤矿各种动力灾害前兆信息，监测预测各种灾害，确保煤矿设备和人员安全，为煤矿灾害救援提供关键信息。
关键词：微震监测；煤矿安全管理；应用随着深部地下采矿和地下岩土工程的不断发展，人们发现在高应力水平下，矿岩破坏的内部积累势能会以地震波形式释放和传播，并对应有微震事件的发生。
微震是矿岩破坏中的伴生现象，包含大量关于围岩受力破坏和地质缺陷活化的有用信息。
因此，通过微震信号的采集、处理、分析、研究，能推断矿岩内部性质变化，预测岩土结构是否受损，反演其破坏机理。
基于此，本文详细论述了微震监测技术在煤矿安全管理中的应用。
一、微震监测技术微震是指岩体在外界应力作用下，介质中一个或多个局域源以瞬态弹性波形式迅速释放其存储的弹性应变能过程。
通过传感器采集、记录、分析微震信号，并以此为依据推算出震源的震级、位置等特征的技术称为微震监测技术。
该技术在地震监测技术基础上发展起来，在原理上与地震监测、声发射技术相同，是基于岩体受力破坏过程中破裂的声能原理。
二、微震监测技术的应用1、监测预测冲击地压。
冲击地压是指煤矿及其周边因煤岩体变形应力突然释放的一种动力现象，具有突发性、复杂性、急剧性等特点。
冲击地压随着煤岩体微破裂及地震波释放，利用微震监测技术监测煤岩体破裂后地震波特征，分析煤岩体破坏位置和程度，从而有效监控、分析、防治煤矿冲击地压危险区的煤岩层活动。
冲击地压预测依据是能准确监测微震事件前兆信息，通过对不同微震事件前兆信号的处理分析，得到不同类型下冲击地压微震事件前兆信号发生规律。
基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究
基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究邓涛1,2 李天华2 唐建新3 乔登攀1【摘要】摘要对地应力的准确分析和把握是采矿工程设计合理性的先决条件，因此在巷道设计、采场布置、采矿方法的选用、采场结构参数和开采顺序的确定，围岩支护加固方式的选用以及地压控制措施的制定等方面都需要考虑地应力的影响。
基于岩石的Kaiser效应，介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试原岩应力场的原理及测试技术，通过加工6个特殊方向的岩石试件，进行了声发射试验，得到了各个方向的正应力值，并由此计算出了测点的3个主应力值及方向，其结果对于该矿区的采矿工程布置具有重要的意义。
【期刊名称】现代矿业【年(卷),期】2014(000)012【总页数】4【关键词】关键词地应力 Kaiser效应主应力有限单元法地应力是引起采矿等地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩体力学属性的重要因素。
国内外经过多年的研究，形成了多种地应力的测量方法，包括水压致裂法、应力解除法、应力恢复法、声发射法等，其中，声发射法是新近发展起来的一种测量地应力的有效方法，与传统的测量方法相比，具有简便经济、便于室内大量测试的优点，为测量地应力提供了一个较好的途径[1-3]。
某新建矿区位于背斜两翼，工程地质条件较为复杂，存在构造应力场，且构造应力已经直接影响了该矿地下工程的稳定性，目前，该矿区地应力场的研究尚无，因此，为了今后地下工程布置的合理性，有必要对该矿区的地应力场进行测量，并总结其规律，为今后的采矿活动提供基础依据。
利用岩石声发射Kaiser效应测定该矿地下岩体的原始应力，通过加工6 个特殊方向的岩石试件，利用岩石具有记忆原先应力水平的特性来进行单轴压缩试验，根据试验结果找出Kaiser效应点，从而推导测点的地应力大小和方向。
1 Kaiser效应1950年，德国人Kaiser发现多晶体的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前加载时的最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力再次加载到先前所处的应力水平后，声发射活动便开始大量产生，这一现象叫做凯瑟尔效应[4-5]，从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯瑟尔点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
顶板-煤柱组合体稳定性研究综述
顶板-煤柱组合体稳定性研究综述刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【摘要】With the gradual increase of coal mining intensity, a large number of safety coal pillars are left in the stope. The stability of these coal pillars and their overlying strata determines the safety of the whole stope, overlying rock and even the surface. Once the overall failure and instability of the composite system occurs, it will lead to many disastrous consequences. In this paper, the theoretical model research and mechanical behavior of roof pillar combination at home and abroad are summarized and reviewed, and some new opinions on the stability of the combination are proposed.%随着煤炭开采强度逐步加大,大量保安煤柱被遗留在采场中,这些煤柱及其上覆岩层组合系统体的稳定性决定了整个采场及覆岩乃至地表的安全,一旦组合系统体发生整体性破坏失稳,将导致许多灾难性后果.为此针对国内外顶板-煤柱组合体在理论模型研究及力学行为上的研究进行了归纳总结与评述,并对组合体稳定性能研究提出了一些新见解.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】4页(P209-212)【关键词】顶板-煤柱;组合体;围岩稳定性;理论模型;力学行为【作者】刘付俊;岳尊彩;白麦营;钱恒昌;杜廷斌;尹大伟【作者单位】兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖矿集团有限公司,山东邹城 273500;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司,山东济南 250031;山东科技大学,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TD325为保障煤炭资源的安全、高效开采，大量煤柱需要留设在采场周围[1]，如条带煤柱、区段煤柱、防水煤柱、断层保护煤柱等。
《顶板管理知识》课件
要点二
详细描述
在采矿技术发展的初期，顶板管理主要依靠经验进行判断 和处理。随着科技的不断进步，人们开始对顶板进行深入 的研究和分析，逐渐形成了系统的理论和方法。现代的顶 板管理已经实现了科学化、规范化和信息化，通过先进的 监测技术和设备，可以实时监测顶板的状况，及时发现和 处理问题，确保矿井的安全生产。
02 顶板类型与特性
CHAPTER
顶板分类
01
02
03
按照岩石种类
可分为砂岩、页岩、石灰 岩等。
按照顶板完整程度
可分为整体式、块状式、 层状式。
按照顶板厚度
可分为厚层状、中厚层状 、薄层状。
顶板结构与稳定性
顶板结构
指顶板的组成及其相互关系，包 括层理、裂隙、断层等。
稳定性分析
通过工程地质勘察、岩土试验等 手段，评估顶板在不同工况下的 稳定性。
详细描述
顶板由岩层或煤层组成，是矿井上覆岩层 结构的总称。根据岩层和煤层的性质，顶 板可以分为坚硬顶板、软弱顶板和破碎顶 板等类型。坚硬顶板具有较高的抗压强度 ，能够承受较大的压力；软弱顶板则抗压 强度较低，容易发生变形和破坏；破碎顶 板则是岩层或煤层较为破碎的结构。
顶板管理的重要性
总结词
顶板管理是确保矿井安全生产的重要措施，能够预防和减少顶板事故的发生，保障矿工的生命安全。
某矿为了确保采煤安全，决定对顶板进行加固。
加固方案
采用锚杆支护和注浆加固相结合的方法，对顶板进行加固处理。
加固效果
经过加固处理后，顶板稳定性得到显著提高，采煤作业安全得到保 障。
案例三：某矿顶板监测系统应用案例分析
系统介绍
某矿引进了一套顶板监测系统，用于实时监测顶板状况。
SOS微震监测系统的优势
SOS微震监测系统的优势1、SOS微震监测系统简介SOS微震监测系统是波兰矿山研究总院通过三十多年的发展研制的新一代微震监测系统。
采矿地震研究所七十年代开发了第一代数字微震监测仪LKZ，九十年代开发了新一代的发展为ASI数字化微震监测仪，目前已经更新为WINDOWS-XP下的SOS微震监测系统。
该仪器已在波兰大多数矿井安装并用于冲击矿压危险的监测预报工作。
该系统可实现对矿井包括冲击矿压在内的矿震信号进行远距离（最大10Km）、实时、动态、自动监测，给出冲击矿压等矿震信号的完全波形。
通过分析研究，可准确计算出能量大于100J的震动及冲击矿压发生的时间、能量及空间三维坐标，确定出每次震动的震动类型，判断出冲击矿压发生力源，对矿井冲击矿压危险程度进行评价。
能分析出矿井上覆岩层的断裂信息，实现描述空间岩层结构运动和应力场的迁移演化规律，为煤矿的安全生产服务。
打印机微震检波测系统工作结构图2、SOS微震监测系统的基本功能专用于煤矿冲击矿压危险监测预警。
全矿井区域监测和重点区域监测。
可实现对矿井包括冲击矿压在内的矿震信号进行远距离（最大10Km）、实时、动态、自动监测，给出冲击矿压等矿震信号的完全波形。
微震监测系统是一套完全独立的系统，系统应简洁，运行可靠；井下无需另行安装电源或系统分站。
系统扩展能力强，由16通道可以扩展到32通道。
记录仪和分析仪可实现多组震动波形的处理。
能在系统中修正岩层中震动的传播速度，定位精度高。
手动（自动）捡取通道信息进行震源定位，并可显示震源在图上的位置，及自动计算震动能量。
震源定位点、能量可精确地显示在矿图中，可在矿图中放大和平移，方便观察震动源点，并方便以文件的方式进行打印。
系统可以监测的震动能量大于100J，频率在0.1～600Hz的震动。
微震检波探头（拾震器）在工作时，敏感度高，抗干扰能力强，记录的信号准确，并且安装、维护简单，可回收及重复使用。
能24小时实时监控，并且应响应频带宽，确保震动事件记录（冲击信号）的完整性，杜绝出现对微震信号的漏检，或检测不到的现象（事故）。
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关键 词 ： 悬顶 岩层 ； 岩层 稳定 性 ； 多通道 声发 射监 测 系统 ； 感器布 置优 化 传
广东天鸥矿业有 限责任公司下告铁矿位于广东 省河源市境 内， 属低 山丘 陵地貌 ， 地表植被较发育 ， 以灌 木 、 松 为 主 。矿 床 采 用 主井 、 幼 副井 、 坡 道 联 斜
发 射监 测技 术进行 采 空 区上覆 悬顶 岩层稳 定 性监 测 的 必要 性 ， 绍 多通 道 声发 射监 测技 介 术方案 和特 点 。针 对 下告铁 矿 采 空 区分 布 、 断层 影 响 和 地 压 活动 等情 况 ， 定 了采 用 １ 确 ２
通道声发射监测 系统进行地压监测 ， 并对传感器的布置进行 了优化 ， 出了传感器的合理 给
付 占宇 彭府 华
，
（ ． 源市 紫金 天 鸥矿业 有 限公 司 ， 广东 河 源市 ５７ ６ ； ． 沙矿 山研究 院 ， 湖南 长沙 １河 １４３ ２ 长 摘
４０ １ ） １０ ２
要： 简要 介 绍 了下告铁 矿 的 开采背 景 、 空 区规模 及 地 压 特 点 ， 述 了采 用 多通 道 声 采 论
７ ８
采
矿
技
术
２ 空 区上覆岩层监测方 案选择
由于 受 采动 及 断 层 的影 响 ， 空 区面 积不 断 加 新 大 ， 区顶板 岩 体 可 能 还会 继 续 冒落 至 地 表 。突 然 空
合 开拓 。 自 ２０ ０ ８年投产 以来 ， 告铁 矿初 期 曾采 用 下 分段 空场 采矿法 开 采 ， 来 由于 矿 山扩 大 生 产 规 模 后
构 ， 层一 条带状 构造 。矿 物成 分 以方解 石为 主 ， 薄 含 量约 ７％ ， ０ 呈微 粒状 ； 石英 、 云母 含量 约 ３ ％ 。厚 绢 ０ 度 ｌ ０～３ Ｉ 岩岩性 较好 ， 理裂 隙不太 发育 。 ０１。灰 Ｔ 节
１ ２ 采 空 区地压 特点 ．
的需要 ， 改用无底柱分段崩 落法开采。初期空场法 开采遗留了较大规模的采空区， 在改用无底柱分段 崩落法 过程 中 ， 间 柱 、 柱及 采 空 区进 行 了 处 理 。 对 顶
由于采 空 区顶板 岩 层 比较稳 固 ， 没有 形 成 连 续 的 崩 塌 覆 盖岩 层 ， 生 了较 大 规 模 的悬 顶 ， 压 比较 明 产 地
层受 腐殖 质影 响 ， 呈灰 色 、 灰色 ， 黄 含植 物碎 屑 等 ， 植 被发 育 ， 一般厚 度 ２— ５ｍ。
响和采空 区的共同作用 ， 上部开采导致地压显现主 要体 现在 以下 几个 方面 ：
（ ）近年来 ， 顶 的上 覆 岩 层 产生 过 两 次 较 大 １ 悬 规 模 的 冒顶现象 ， 对井 下采 场产 生 了 明显 的 冲击 ， 破 坏 了采 场 下盘凿 岩 巷 道 的 岩体 结 构 ， 造 成 过 人员 还
ＩＳ １ Ｓ Ｎ ６７１— ２ ０ ９ ０ ＣＮ — １ ４ ＴＤ ４３ ３ ７／
采矿技术
第１卷 １
第 ４期
２１ ０ １年 ７月
Ｊ ｌ ０ １ ｕｙ２ １
Ｍ ｉ ｉ ｃ ｏｏ ｙ，Ｖｏ ． Ｎｏ ４ ｎｎｇ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ １１ １， ．
采 空 区 上 覆 岩 层 稳 定 性 声 发 射 监 测 可 行 性 研 究
崩 落采矿 法 。 因此 对采 空 区进行 了处 理并对 矿 柱进
行 回采 ， 在对空区间柱及空区上部岩体崩落后 ， 预计
形成 面积 约 为 ５ ５ ８ ０ ｍ 的新 空 区 。
ｌ 空 区上覆岩层与地压特 点
１ １ 空区上 覆岩 层 ．
由于矿 体 上 覆岩 层 比较稳 固 ， 板 岩层 出现 了 顶 较 大范 围 的悬 顶现 象 。 由于 受 到 下 盘 Ｆ ５断 层 的影
厚度 １ ３ ， ０— ０ｒ 主要 由粘 土 、 ｎ 亚粘 土 、 、 石 、 石 砂 砾 卵 及磁 铁矿 等组成 。 （ ）灰岩 。灰 黑色 ， 磷 片 不 等 粒 花 岗变 晶结 ３ 见
规模的塌陷地质灾害；
（ ）由于上覆岩层岩性好 ， ３ 节理裂隙不太发育 ，
在 进行 矿柱 回收和 人 工放 顶 处 理 时 ， 板 不 能 自然 顶 冒落 ， 目前 为 止采 空 区上覆 岩 层 形 成 了较 大规 模 到 的悬顶 ， 这对 未来 的井 下 安全 生 产 带 来 了很 大 的地 压 灾 害隐患 。
高 度 ２ ． ６ ． 净 空 区总面 积为 １９ １， ５ ８— ０ ３ｍ， ８ １１ 总体 １ ＇
积 约为 ８ ２ ． ８万 ｍ ， 据 规划 ， 山 ＋ ７Ｉ 以下 改用 根 矿 ４ ｌ ｌ
显， 威胁到了当前的采矿生产安全。因此 ， 必须开展
必 要 的地压 监测研 究 工作 。
空 区上 覆 岩 层 由上 至 下 为 第 四系 表 土 层 和灰
岩。第四系（ ） Ｑ 按其成 因类型及物质成分 ， 可分为 第四系残坡积层及第四系冲积层。 （ ）第四系残坡积层 。主要发育于山坡 ， １ 山脊
的地 表 ， 大 面 积 面状 分 布 。 由土 黄色 、 白色 、 呈 灰 褐 红 色砂质 粘 土 、 、 屑 及 基 岩 风 化碎 块 等 组 成 ， 砂 岩 表
受伤 事故 ；
（ ）回收采 空 区 内矿柱 的过 程 中 ， 覆 岩层 沿 ２ 上 着 Ｆ 层错 动和 崩 塌 ， 展 到 地 表 ， 产 生 了较大 ５断 发 并
（ ）第四系冲积层。主要分布于下告至宝山公 ２ 路以南 ， 下告河的河床、 漫滩及 山沟等低洼地段 ， 大 部分 已被开垦成稻 田。分布面积约 ０ ７ ｍ ， ．５全矿共有 ４ 个采 空 区（０ １６０ 、０９和 ６ １ ）且 仅有 ＋ ７ ＋ Ｏ ６０ 、０５ ６０ ０３ ， ４ ， ６， ＋ ５１和 ＋ ０ｍ４ ７ Ｉ ９ 个水平有采空区存在 ， Ｔ 空区底板 标高最低为 ＋ ６７ｍ， ４ ． 顶板标高 为 ＋ ０ ｌ净空 区 １７ｒ， ｆ