煤岩动力灾害分析

煤岩动力灾害发生机理及监测方法【摘要】通过对冲击矿压具体煤岩灾害的发生分析，总结煤岩灾害发生的一般机理，针对灾害发生的情况，现行的微震监测、地音监测、电磁辐射法、光纤光栅等各种监测方法在监测过程发挥的作用。

【关键词】煤岩动力灾害，冲击矿压，机理，监测引言近年来, 随着煤矿采掘深度和强度的不断加大, 煤岩动力灾害愈发严重。

据1999 年统计, 在全国595处国有重点煤矿中, 有高瓦斯突出矿井347处，冲击地压矿井120余处。

据国家安全生产监督管理总局统计，2007- 2008年我国煤矿发生了210次事故,死亡1374人,仅2012上半年全国煤矿先后发生7起重大事故，死亡9 8人，其中包括冒顶事故、煤与瓦斯突出等。

由于这些动力灾害具有突发性、瞬时震动性和巨大破坏性等显现特征, 常常造成较大的人员伤亡和资源浪费。

因此, 研究煤岩动力灾害的发生机理和监测方法对防治煤岩动力灾害发生具有实践指导意义。

1、煤岩灾害发生机理规律的一般性分析煤岩动力灾害是煤岩在外界高应力作用下短时间内发生的一种具有动力效应和灾害后果的现象, 其孕育、形成、发生始终与煤岩体应力状态及能量的积聚和释放密切相关。

煤岩动力灾害主要包括：煤与瓦斯突出、冲击矿压、顶板大面积来压、突水等一系列地质灾害，是煤矿生产中面临的巨大的灾害之一。

在进行地下采掘活动的过程中, 随着开采场所的不断变更，原岩应力发生改变, 煤岩体原有的应力平衡状态遭到破坏，煤岩处于一种动力平衡状态, 当应力超过煤岩的强度极限时, 聚积在煤岩体中的能量突然释放, 以求达到新的平衡状态，动力平衡条件就会被破坏, 从而引发煤岩动力灾害。

在煤岩体动力灾害发生过程中都伴随着煤体或岩体的破坏，煤岩动力灾害也是煤岩体自身能量聚集释放的一个过程，煤岩动力灾害也取决于煤岩的物理性质，由于岩石在受压状态下，发生的应力应变，包含五个阶段:a4 D图1-1O-A压缩密实阶段A-B线弹性阶段B-C弹塑性过渡阶段C-D塑性阶段D-E 破坏阶段从图可以看出，岩体在受压状态下经历一段时间后最终会达到破坏。

摘要房柱式开采技术本质上是留设煤柱维护开采空间，以达到不仅安全开采的同时控制上覆岩层移动的一种开采方法。

房柱式开采目前仍是世界上主要的煤炭开采方法之一。

在我国普遍存在地方小煤矿，这些小型矿井，普遍采用留煤柱开采方法，因此对小型煤矿的柱式采煤法安全研究有实际意义。

本文首先介绍关于地震国内外的研究现状和分析理论，并结合实际工程背景建立采空区煤柱-覆岩结构力学模型；然后推导出结构在地震作用下的运动微分方程并介绍分煤柱的载荷计算理论；最后利用有限元法对该结构进行静力及动力学分析，主要研究采空区煤柱-覆岩结构在地震谱作用下的响应，对柱式采煤法采空区在自重及地震作用下响应情况获得了初步的认识，并对采空区安全性提出建议。

【关键词】煤柱地震有限元法谱分析【论文类型】应用型NO:2008-2-1-13Title: Statics and dynamics analysis of the Virgin coal - cap rock structure Major:Engineering MechanicsName: Liu Gang Signature:Supervisor:Li Ming Signature:ABSTRACTThe room column type mining technology is a c oal-mining method which keep the virgin coal to maintain mining space. It protects the safety of coal mine and controls the migration of cap rock. and is still a main coal-mining method in the world at present. In our country there are many local small coal mine, and these small mine pits generally adopt the method of exploitation which keep the virgin coal. Therefore, there has the practical significance to research the security of small coal mine with column type coal-mining method. Firstly, the present domestic and foreign situation of research about the earthquake and the analysis theory about earthquake are introduced in this paper, and on the base of referring to the actual project background the mechanical model of virgin coal-cap rock structure in the worked-out section is established. Then, the motion equation of structure under the earthquake function is deduced, and the analysis theory how to compute the load on the virgin coal is introduced. Finally, the static and dynamics analysis of the structure are carried out based on FEM. The response of the virgin coal-cap rock structure in worked-out section under earthquake spectrum function is mainly studied, and preliminary understanding of the response of the worked-out section of the coal mine adopting column type coal-mining method which is under dead weight function and the earthquake function is acquired, and some advice on the worked-out section security is given.【Key Words】Virgin coal; earthquake; FEM; spectrum analysis【Type of Thesis】Application Research目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 结构抗震理论的发展 (3)1.4 本文的主要工作 (6)2 煤柱-覆岩结构的力学模型 (7)2.1 模型背景介绍 (7)2.2 建立模型 (8)2.3 小结 (10)3 理论分析 (11)3.1 结构地震响应运动方程 (11)3.2 煤柱的载荷计算理论 (14)3.3 小结 (17)4 有限元数值分析 (18)4.1 有限元法 (18)4.2 ANSYS结构分析概述 (18)4.3 ANSYS静力分析 (20)4.3.1有限元模型的建立 (20)4.3.2有限元分析求解 (23)4.3.3计算结果与后处理 (24)4.4 ANSYS谱分析 (27)4.4.1谱分析 (27)4.4.2谱分析过程 (28)4.5 小结 (34)5 总结 (35)致谢 (36)参考文献： (37)附录 (39)附录Ⅰ：ANSYS静力分析命令流 (39)附录Ⅱ：ANSYS谱分析命令流 (39)1 绪论1.1 引言房柱式开采技术本质上是留设煤柱维护开采空间，以达到不仅安全开采的同时控制上覆岩层移动的一种开采方法。

煤岩瓦斯动力灾害风险智能判识与融合预测
罗卫东;杨乘;胡金春;袁荣方;赵喜宇
【期刊名称】《能源与环保》
【年(卷),期】2024(46)5
【摘要】煤岩瓦斯动力灾害对矿井安全生产造成了极大威胁,由于诱发因素众多,其内在的致灾机理难以被有效探明。

为实现煤岩瓦斯动力灾害风险的智能识别与预测,建立了基于CNN的煤岩瓦斯动力灾害风险智能判识与融合预测模型。

模型中采用Box-plot与MI方法进行数据清洗,并利用GRA方法建立包含10个风险因素在内的煤岩瓦斯动力灾害的指标体系,通过PCA方法对数据进行降维处理后,输入至CNN模型中进行融合与预测。

通过与ANN、BP、RF、SVM模型的对比分析表明,基于CNN的煤岩瓦斯动力灾害风险智能判识与融合预测模型具有更高的准确性,同时此模型的收敛速度更快,验证了此模型在实际工程中具有更可靠的工程价值。

【总页数】7页(P71-77)
【作者】罗卫东;杨乘;胡金春;袁荣方;赵喜宇
【作者单位】贵州能源产业研究院有限公司;贵州林东煤业发展有限责任公司龙凤
煤矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD324
【相关文献】
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煤矿采动作用对围岩扰动影响范围的分析摘要：井工煤炭的开采不可避免会引起开采工作面周围的围岩扰动，使煤岩体发生应力重分布，造成开采巷道内围岩开裂、位移、变形，严重时诱发巷道内岩爆、底鼓、煤与瓦斯突出等矿山动力灾害活动，不仅制约煤矿安全生产，甚至威胁工作人员生命安全。

各学者为解决这一问题，利用现场监测、数值模拟等手段预测开采活动中围岩扰动事件的分布位置和规律，探究采动作用下煤矿巷道围岩扰动事件的分布范围，以实现矿山动力灾害活动的超前预警。

关键词：煤矿采动作用；围岩扰动影响范围；分析引言随着采煤技术的快速发展，在矿井的日常生产中发现了许多的问题。

工作面回采工作开始后，受采动影响导致巷道围岩不稳的现象也会随之出现。

采面的两条巷道受采动影响最大，但其随着回采工作的进行，不需要后续的巷道维护工作。

而其接续工作面待使用的回采巷道，因工作面还处于待开采阶段，需要不断地进行巷道维护，避免出现巷道围岩变形过大无法使用的情况出现，会消耗大量的人力、物力去维护巷道。

如果能考虑采动影响，在接续工作面回采巷道进行针对性支护，就会减少扩帮、拉底等巷道维护工作。

在采动巷道围岩变形与控制技术方面，诸多学者进行了研究与实践。

1煤矿采动对围岩扰动影响监测方法1.1地音监测地音监测与微震监测类似，也是通过检波器记录煤岩体变形产生的弹性波，区别在于地音监测得到的震动事件能量普遍小于100J、频率大于100Hz，因此地音监测的有效范围一般在工作面前后100m内。

地音监测技术由于其监测对象高频低能的特征，监测范围相对较小，且监测系统在工作面附近工作时受采动干扰较大，加之我国在煤矿安全管理中更加注重宏观性、区域性，导致地音监测技术在我国煤矿工作中的应用并不广泛。

可以看出，各类震动监测都只能解决相应频带范围内的一部分问题，因此要想获得理想、全面的监测效果，需要同时装备多个频带的震动监测设备，或采用震动类监测技术与其他监测手段对接共测的联合监测技术。

近10年我国煤与瓦斯突出事故统计规律与动力效应特征分析目录一、内容描述 (2)二、煤与瓦斯突出事故概述 (3)三、近十年煤与瓦斯突出事故统计规律 (4)1. 事故发生时间分布 (5)2. 事故发生地域特点 (6)3. 事故类型及原因统计 (7)4. 事故伤亡与损失情况 (8)四、煤与瓦斯突出事故动力效应特征分析 (9)1. 突出过程中瓦斯涌出规律 (10)2. 突出过程中的能量释放特征 (11)3. 突出事故的动力学模型分析 (12)五、事故统计与动力效应特征关系研究 (13)1. 统计规律与动力学特征的关联性 (15)2. 事故诱因及条件分析 (16)3. 煤与瓦斯突出危险性评价 (17)六、防范措施与建议 (18)1. 加强煤矿安全管理 (19)2. 提高煤矿员工安全防范意识 (20)3. 推广先进技术与设备应用 (21)4. 完善应急处理机制 (22)七、结论与展望 (24)1. 研究结论 (24)2. 研究不足与展望 (26)一、内容描述本文档旨在分析近十年来我国煤与瓦斯突出事故统计规律与动力效应特征。

对煤与瓦斯突出事故的概述和历史背景进行简要介绍，收集并整理近十年发生的煤与瓦斯突出事故数据，包括事故发生的地点、时间、伤亡人数、事故原因等关键信息。

通过对这些数据的统计分析，揭示煤与瓦斯突出事故的主要特点、高发区域以及近年来的变化趋势。

本文将深入研究煤与瓦斯突出事故的动力效应特征，分析事故发生时的动力学过程，包括瓦斯压力的变化、煤层的应力状态改变以及突出过程中能量的转化等。

探讨这些因素如何相互作用，导致事故的发生以及事故后果的严重程度。

结合地质条件、采矿工艺、安全管理体系等多方面因素，分析这些因素对煤与瓦斯突出事故的影响，以揭示事故的深层次原因。

在分析过程中，将运用图表、数据分析和案例研究等方法，使分析结果更具说服力和可信度。

通过总结分析成果，提出针对性的防范措施和建议，以期望降低煤与瓦斯突出事故的发生概率，保障煤炭行业安全生产。

2024年煤矿煤岩动力灾害监测预警技术进展我国煤岩动力灾害世界第一煤岩动力灾害，主要包括煤与瓦斯突出和冲击矿压。

突出是采掘工作面周围煤岩向采掘空间高速喷出的一种动力灾害过程，高地应力和高压瓦斯是能量的主要来源。

我国最大的突出灾害发生在四川三汇坝一井，在几钟内突出煤岩12780吨，喷出瓦斯气体140万立方米。

冲击矿压灾害是在高应力作用下，采掘空间周围的煤岩体失稳破坏并向采掘空间高速运动的动力灾害过程，高地应力是主要能量来源。

我国最大的冲击矿压发生在抚顺老虎台矿，震级达到里氏4.3级。

煤岩动力灾害除造成人员伤亡外，还严重摧毁巷道等采掘空间、破坏保障安全的通风系统。

灾害过程伴随矿井瓦斯涌出异常，常诱发重特大瓦斯爆炸事故，造成群死群伤。

xx年郑州大平矿死亡148人的瓦斯突出—瓦斯爆炸事故;xx年辽宁阜新孙家湾矿死亡214人的冲击—瓦斯爆炸事故;xx年黑龙江鹤岗新兴煤矿死亡108人的瓦斯突出—瓦斯爆炸事故。

这类灾害严重威胁矿井安全，是煤矿重大工程灾害。

我国是世界上煤岩动力灾害最严重的国家。

截至xx年，我国已备案的煤岩动力灾害矿井达1420多个。

由于种种原因，还有超过一倍数量的这类矿井没有备案。

据不完全统计，我国已累计发生31000多次动力灾害，平均每年死亡近300人。

目前，除海南、广东、福建、浙江、西藏等少数省区外，我国主要采煤省区不同程度地受动力灾害的威胁，著名的平顶山、淮南矿区的主力矿井全部为突出矿井，兖州矿区主力矿井受冲击灾害威胁严重。

随着煤矿开采深度的不断增大，灾害更为严重，预防的难度也在不断加大。

我国煤矿国有重点矿平均采深700米，最深达1365米，煤层最大瓦斯压力达10兆帕。

来自权威部门的统计表明，“十一五”期间，我国煤矿重、特大瓦斯突出事故的起数和死亡人数分别占40%和28.5%;xx年发生的11起重特大瓦斯事故中，煤与瓦斯突出事故6起，死亡150人，分别占54.5%和68.2%。

从煤矿重特大事故看，煤与瓦斯突出事故的比例逐年上升，遏制煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害事故是今后减少煤矿重特大事故的重中之重。

煤矿煤岩动力灾害监测预警技术进展煤矿煤岩动力灾害监测预警技术是煤矿安全监控系统中的重要组成部分，其主要目的是通过实时监测煤矿的煤岩动力灾害情况，及时预警并采取相应的措施，减少事故发生的概率以及减轻事故带来的损失。

在过去的几十年里，煤矿煤岩动力灾害监测预警技术经历了多次的技术进展，本文将从传感器技术、数据采集与处理技术、预警模型与算法以及智能化应用等四个方面对其进展进行详细的介绍。

一、传感器技术的进展传感器是煤矿煤岩动力灾害监测预警技术的核心，其性能的优劣直接影响到整个监测预警系统的准确性和可靠性。

近年来，随着微电子技术、无线通信技术和传感器材料的不断发展，煤矿煤岩动力灾害监测预警技术在传感器技术方面取得了显著的进步。

首先，传感器的体积不断减小，功能不断增强。

过去的传感器体积庞大，功能单一，而现在的传感器体积小巧，可以同时感知多种参数。

例如，煤岩动力灾害监测中常用的应变传感器，以往的应变传感器体积较大，安装困难，现在的应变传感器体积相对较小，可以方便地安装在煤岩体的不同位置，实现对不同部位的监测。

其次，传感器的精度和灵敏度不断提高。

高精度和高灵敏度是煤矿煤岩动力灾害监测预警技术中传感器的重要指标。

近年来，人们通过改进传感器材料和结构设计，提高了传感器的灵敏度和精度。

例如，煤矿煤岩动力灾害监测中的应变传感器，如光纤光栅传感器、电阻应变片传感器等，其精度和灵敏度明显优于传统的电阻式应变传感器。

再次，传感器的网络化和智能化不断推进。

传感器网络和智能感知技术的发展，使得传感器可以多点联网，实现数据的实时传输和远程监控。

传感器网络的应用可以极大地提高煤矿煤岩动力灾害监测预警技术的效率和准确性。

传感器智能化的应用则可以实现对监测数据的自动处理和分析，提取关键信息并生成预警报警，减少人工干预的需求。

二、数据采集与处理技术的进展煤矿煤岩动力灾害监测预警技术所获取的监测数据通常是多参数、大量和高频率的，因此数据采集和处理技术是该技术的关键环节。

项目名称： 煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究首席科学家： 姜耀东 中国矿业大学（北京） 起止年限： 2010年1月-2014年8月依托部门： 教育部 国家安全生产监督管理总局一、研究内容（一）关键的科学问题随着矿井深度和开采强度的不断增加，与浅部开采相比，深部采区的地质构造、应力场特征、煤岩体的破碎性质与动力响应特征、岩层移动以及能量的积聚释放规律均发生了显著变化，深部矿井动力灾害的致灾机理、触发条件、演化规律以及显现特征不同于浅部煤矿工程。

目前，我国煤炭资源已转入深部开采，但相关的基础研究还不够系统深入，缺乏对深部开采条件下动力灾害的孕育-发生-演化机理、基础科学问题以及预警防治对策的系统研究，亟待在相关的基础理论方面取得突破，建立煤矿深部动力灾害综合防治的理论与技术体系。

针对国家能源的重大需求以及煤炭深部开采中存在的重大问题，本项目拟解决以下四个关键科学问题：1、地质赋存条件对深部煤矿动力灾害的作用机制及量化分析方法在长期的地质演变过程中深部煤岩体内蕴藏着巨大的变形能，其储能程度和原岩应力分布既取决于煤岩体的硬度、致密性和矿物成分，也取决于地质构造、断层、褶曲的程度。

同时深部煤层开采时坚硬顶板(特别是厚层砂岩顶板)的运动失稳也是导致矿柱和采场巷道工作面发生瞬时冲击动力灾害的诱因。

因此深部煤岩动力灾害与煤岩组分、断层、褶曲、原始应力场和构造应力异常密切相关，如何科学定量描述地质赋存条件的作用机制及其与煤矿动力灾害的相关性是一个共性科学问题。

通过研究这一科学问题，揭示煤岩体的冲击倾向性、地质构造和原岩应力条件对煤矿深井动力灾害成灾的作用机制。

2、深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征深部煤岩体通常为含有节理裂隙的层状结构。

深部煤炭的集中开采强烈扰动使得采场和巷道周围的煤岩体不可避免地发生变形和破坏从而形成断续结构。

在多次开采扰动和长期的流变过程中，这种断续结构煤岩体会出现新的破裂和强度不断衰减的循环过程，从而导致大变形、强流变和超低摩擦效应，在一定条件下将会引起冲击地压、顶板大面积来压、矿震等煤矿动力灾害。