礦井采區(qū)應(yīng)力分布的地震預(yù)測方法研究

近年來，煤礦采區(qū)動力災(zāi)害造成了大量的人員及財產(chǎn)損失。現(xiàn)有研究認(rèn)為，煤礦采區(qū)動力災(zāi)害主要受煤層及其上方關(guān)鍵層的應(yīng)力非均勻分布控制。本次以煤層及其上方關(guān)鍵層為研究目標(biāo)，結(jié)合密度和層速度反演、礦井地震波CT 及方位各向異性分析、巖樣測試、地質(zhì)力學(xué)仿真模擬和巖石物理隨機(jī)模擬等技術(shù)和方法，綜合研究煤礦采區(qū)應(yīng)力分布的地震預(yù)測技術(shù)。首先，根據(jù)采區(qū)測井曲線和應(yīng)力分布控制要素的特點，研究高質(zhì)量聲波曲線生成技術(shù)和采區(qū)關(guān)鍵層定量評價技術(shù)。其次，分別從孔隙壓力預(yù)測、速度與應(yīng)力關(guān)系、零偏移距剖面反演和垂向應(yīng)力分布的仿真模擬等幾個方面研究采區(qū)垂向應(yīng)力分布預(yù)測技術(shù)。通過對比多種孔隙壓力預(yù)測方法，發(fā)現(xiàn)Flemings法的預(yù)測效果最好。通過實驗測試，發(fā)現(xiàn)巖樣速度與應(yīng)力呈冪函數(shù)關(guān)系，并且關(guān)系曲線受圍壓影響。AVO反演可以獲得零偏移距剖面，但非煤地層的反演效果較差，不能直接用于速度體和密度體反演。在上述研究的基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)力學(xué)建模，仿真模擬高精度的采區(qū)垂向地應(yīng)力分布。再次，分別從采區(qū)構(gòu)造煤分布、方位各向異性分析和水平應(yīng)力分布的地質(zhì)力學(xué)仿真模擬等幾個方面研究采區(qū)水平應(yīng)力分布。通過將機(jī)器學(xué)習(xí)算法和地震屬性相結(jié)合，可以獲得高精度的構(gòu)造煤厚度確定性預(yù)測。將Monte Carlo隨機(jī)模擬和地震屬性相結(jié)合，可以獲得高精度的構(gòu)造煤厚度非確定性預(yù)測。通過方位AVO等方位各向異性分析，可以獲得最大水平主應(yīng)力方位在采區(qū)中的準(zhǔn)確分布。在上述研究基礎(chǔ)上，通過地質(zhì)力學(xué)建模，仿真模擬高精度的采區(qū)水平應(yīng)力分布。最后，利用礦井地震波CT和微震監(jiān)測探測工作面高應(yīng)力區(qū)，并通過Monte Carlo隨機(jī)模擬和點過程空間統(tǒng)計研究斷層與高應(yīng)力區(qū)的相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，斷層與高應(yīng)力區(qū)正相關(guān)，實例工作面中兩者的相關(guān)半徑約20m。總之，本次研究探索了一套切實可行的采區(qū)地應(yīng)力分布預(yù)測技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。但由于地震分辨率的限制，精細(xì)構(gòu)造及巖性對地應(yīng)力分布的影響有待繼續(xù)深入研究。 2100433B

近年來，煤礦采區(qū)動力災(zāi)害造成了大量的人員及財產(chǎn)損失?，F(xiàn)有研究認(rèn)為，煤礦采區(qū)動力災(zāi)害主要受煤層及其上方關(guān)鍵層的應(yīng)力非均勻分布控制。本次以煤層及其上方關(guān)鍵層為研究目標(biāo)，結(jié)合方位各向異性分析、層速度反演、礦井彈性波CT及方位各向異性分析、巖樣測試和巖石物理隨機(jī)模擬等技術(shù)和方法，綜合預(yù)測煤礦采區(qū)應(yīng)力分布。預(yù)測主要包括采區(qū)垂向應(yīng)力分布和采區(qū)水平應(yīng)力分布等兩部分。對于采區(qū)垂向應(yīng)力分布的預(yù)測來說，主要結(jié)合AVO反演、測井曲線約束層速度反演、巖樣彈性波速度與應(yīng)力關(guān)系測試和巖石物理隨機(jī)模擬等技術(shù)進(jìn)行。對于采區(qū)水平應(yīng)力分布的預(yù)測來說，主要結(jié)合方位AVO的方位各向異性分析、礦井彈性波CT及方位各向異性分析和巖石物理隨機(jī)模擬等技術(shù)進(jìn)行。通過上述兩個方面的預(yù)測，最終獲得礦井采區(qū)垂向應(yīng)力分布和水平應(yīng)力分布，為煤礦采區(qū)沖擊礦壓和煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害的有效防治，提供可靠的應(yīng)力分布資料。

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采區(qū)設(shè)計指采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置和采煤方法的方案設(shè)計和采區(qū)施工圖設(shè)計。煤礦開采的對象是條件各異的煤炭資源，開采技術(shù)隨煤層賦存情況不同而有很大的差異，而在一定的地質(zhì)開采技術(shù)條件下，怎樣去布置采區(qū) 準(zhǔn)備巷道以及在什么范圍內(nèi)布置，又有多種方式，所以開采設(shè)計是否合理將直接影響礦井的開采成本，結(jié)合礦井的實際，優(yōu)化開采設(shè)計可從根本上扭 轉(zhuǎn)生產(chǎn)的被動局面，為安全生產(chǎn)提供系統(tǒng)保障。

中文名稱

采區(qū)設(shè)計

英文名稱

miningdistrict design;panel design

定　　義

采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置和采煤方法的方案設(shè)計和采區(qū)施工圖設(shè)計。

應(yīng)用學(xué)科

煤炭科技（一級學(xué)科），煤礦開采（二級學(xué)科），礦山開發(fā)和煤礦設(shè)計（三級學(xué)科）

礦井涌水量相關(guān)分析法

通過礦井涌水量與主要影響因素之間的統(tǒng)計規(guī)律性建立相應(yīng)的回歸方程，并進(jìn)行礦井涌水量預(yù)測，這便是相關(guān)分析法。

實踐證明，礦井涌水量與很多因素間雖然沒有確定的函數(shù)關(guān)系，但卻存在某種統(tǒng)計關(guān)系。特別是對介質(zhì)非均質(zhì)程度高的巖溶充水礦床，以及一些大氣降水作為主要充水水源的礦床，建立確定性的水文地質(zhì)模型存在困難時，可采用數(shù)理統(tǒng)計分析的方法，建立統(tǒng)計模型，來預(yù)測礦井涌水量。相關(guān)分析法與水文地質(zhì)比擬法及Q—S曲線法一樣，是一種簡單的近似法。它的最大優(yōu)點是計算過程中避開了那些難以確定的水文地質(zhì)參數(shù)以及一些尚未解決的機(jī)理問題。弱點是得到的結(jié)論只是一種可能性。為保證預(yù)測精度，要注意兩點：一是要有足夠的數(shù)據(jù)和較長的數(shù)據(jù)系列；二是要以定性的機(jī)理分析為基礎(chǔ)，正確選擇相關(guān)因子。

礦井涌水量水均衡法

水均衡法是應(yīng)用水均衡原理預(yù)測礦井涌水量的一種方法。它是通過研究均衡期礦區(qū)地下水收支項目間的關(guān)系，建立均衡方程式，進(jìn)而計算礦井涌水量。水均衡法原理清晰，但實際工作中要準(zhǔn)確計算地下水均衡的各組成部分是十分困難的。所以，均衡法一般只適用于統(tǒng)一完整的水文地質(zhì)單元內(nèi)補(bǔ)給和排泄量容易確定，并且有長期觀測資料情況下的礦井總涌水量的預(yù)測。

礦井涌水量降深曲線法

Q—S曲線法是利用抽（放）水試驗的資料，建立涌水量（Q）與降深（S）關(guān)系的曲線方程，然后根據(jù)試驗階段與未來開采階段水文地質(zhì)條件的相似性，把Q—S曲線外推，來預(yù)測礦井涌水量。

《沖擊地壓礦井微地震監(jiān)測試驗與治理技術(shù)研究》主要包括由“工程地質(zhì)”結(jié)合“工程力學(xué)”進(jìn)行分析，提供適于具體礦井動態(tài)兼具的劃定沖擊地壓可能性等級的綜合判據(jù)，并在以后的實踐中加以驗證。分析了微地質(zhì)定位監(jiān)測的地球物理原理，確定了巖體碎裂定位方法進(jìn)行了定位精度評價。研究了基于巖層破裂場與采動力場關(guān)系的微地震定位監(jiān)測預(yù)測預(yù)報沖擊地壓的原理。通過在華豐煤礦工程應(yīng)用，探索了微地震定位監(jiān)測預(yù)警沖擊地壓的方法。進(jìn)行了沖擊危險區(qū)域解危方法——深孔爆破方案設(shè)計、實施及評價。