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《大连理工大学》 2011年
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采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究

刘超  
【摘要】:煤与瓦斯突出是复杂的矿山动力灾害现象之一,目前是煤矿工程中的世界性难题。严重的瓦斯突出灾害不仅造成巨大的经济损失,而且还可能造成重大的人员伤亡。近年来煤矿动力灾害事故更是频频发生,特别是煤矿日渐转入深部开采后,煤岩高地应力、高瓦斯压力及高渗透性的现象愈加明显,以瓦斯突出等为主的煤矿动力灾害已成为我国工业安全领域的主要灾害,给煤矿的高效安全开采带来更多的技术难题。本文以淮南新庄孜矿六水平典型的强突出工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟、数理统计理论、非线性分形理论以及现场工业性试验等手段,提出了煤与瓦斯突出致灾机理及危险性预警的新思路、新方法,着重探讨了诱发煤岩突出灾害的本质机理和微破裂前兆规律。另外,借助于微震监测技术,重点阐述了采掘工作面煤与瓦斯突出危险性评价指标与预警模型,系统研究了采场覆岩采动裂隙的演化特征与瓦斯富集区的确定方法,取得了一些有意义的研究成果。 基于含瓦斯煤岩破裂过程气固耦合作用模型,采用RFPA2D-GasFlow程序一方面分析并完善了应力场-损伤场-瓦斯渗流场的多场耦合时空演化规律;另一方面模拟再现了瓦斯突出过程背景应力场演化特征及其微破裂前兆活动信息的规律。 运用RFPA2D软件模拟了载荷下煤岩样的初始裂纹出现及扩展过程,揭示了煤岩破坏过程的微震效应及其演化规律,进一步验证了煤岩破裂过程中存在的微震现象。研究表明,微震效应在研究煤岩体微裂纹、微缺陷的演化规律和力学机制以及局部变形特征有着独特的优势,借助于该特征可以实现对煤岩破坏过程的实时动态监测,从而为瓦斯突出动力灾害的预测预报提供了技术基础。 为了满足煤矿井下对微震监测系统的要求,研制开发、改进并重新设计了系统的部分软硬件设备与安装装置及其安装方法;采取人工爆破试验标定波速模型的方法,研究了监测区域波速的优化选取及其对震源定位精度的影响,并提出了传感器的布置原则;基于长短项平均值法(STA/LTA)信号检测滤除原理,建立了一套多参量识别与滤除噪音的综合分析方法,并对滤出后的信号在三维可视化图中进行了标定。 考虑到评价指标的时间效应,建立了突出危险性长短时评价指标;基于正态分布函数理论,建立了描述突出危险性的2σ预警模型,并采取人工放炮诱发煤与瓦斯突出的方法,验证了上述预警模型的可行性。研究了断层滑移失稳力学机制及准则,推导了断层结构力学模型,阐述了断层带活动规律与突出之间的关系。结合实例分析,深入研究了2σ预警模型评价掘进及其含断层巷道突出危险性的过程,并采取多种方法对预警结果进行了校检,证明了2σ预警模型的可靠性。 结合覆岩破坏的基本理论,建立了采动覆岩的力学模型,揭示了覆岩内分别形成了拉应力及剪应力区,且拉应力区主要分布在冒落带破断线之内;剪应力区主要分布在竖向裂隙带内。采用数值模拟的方法对覆岩采动裂隙的初始萌发、扩展直至宏观裂纹贯通的过程及其声发射、能量的动态演化规律进行了详细的分析。并运用分形几何理论,定量地描述了覆岩破坏是一个降维有序、耗散结构的发展过程。在留巷钻孔法抽采卸压瓦斯机理的基础上,提出了覆岩裂隙区内存在着一个不规则闭合的“圆柱形横卧体”竖向裂隙场的观点,并依据该裂隙场的分布规律对顶板倾向低位钻孔进行了优化。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD712

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘超;李树刚;王红胜;刘纪坤;;基于ESG微震监测系统的矿井动力灾害救援试验研究[J];中国安全科学学报;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 杨光亮;朱元清;于海英;;基于HHT的地震信号自动去噪算法[J];大地测量与地球动力学;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 孙斌;基于危险源理论的煤矿瓦斯事故风险评价研究[D];西安科技大学;2003年
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3 赵玉林;煤与瓦斯突出机理及防治技术研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
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5 王灿召;灰色系统理论在煤与瓦斯突出预测中的应用研究[D];太原理工大学;2010年
6 于承峰;基于微震监测技术的注浆帷幕区稳定性研究[D];东北大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张雪颖;阮怀宁;贾彩虹;;岩石损伤力学理论研究进展[J];四川建筑科学研究;2010年02期
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5 吴宏平;刘远;余学芳;;混凝土劈裂抗拉声发射特性性能研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年01期
6 薛俊华;余国锋;;远距离卸压开采关键层位置效应初探[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
7 吴定州;余国锋;孟祥瑞;;低透气性煤层松动爆破增透机理数值模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年05期
8 张霖;;桃园矿高位钻孔瓦斯抽放参数优化研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
9 苏利军;;深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期
10 李贵和;;大采高综采工作面瓦斯与煤自燃综合治理技术[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周新良;罗文柯;刘寿兰;陈小辉;;顺层长钻孔抽采瓦斯抽采半径数值法与钻孔负压法的对比分析研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
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3 梁冰;陈天宇;孙维吉;;复杂地质条件煤层气藏井间干扰对井网布置的影响[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 朱建明;王晓纯;张宏涛;;沿空掘巷下护巷窄煤柱稳定性分析[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
5 焦殿志;;皖北矿区五沟矿井煤与瓦斯区域突出危险性预测[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
6 杨润全;;深井中厚煤层突出预测敏感指标临界值研究[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
7 陈坡;李磊;;Ⅱ10111综采工作面瓦斯综合防治及利用实践[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
8 常先隐;;远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
9 何启林;彭伟;;利用束管监测系统预报采空区遗煤氧化情况[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
10 殷磊;齐德龙;汉京礼;;工作面合理护巷煤柱尺寸的研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
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5 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
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9 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭柯;陶二井田瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
2 杨付领;潞安矿区3#煤层瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
3 曹卫斌;五阳矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
4 孟磊;煤电性参数的实验研究[D];河南理工大学;2010年
5 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
6 王利强;突出煤层水力径向压裂石门快速揭煤技术研究及应用[D];河南理工大学;2010年
7 杨文旺;七星矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
8 赵萌;长虹井田瓦斯地质规律及区域突出危险性预测[D];河南理工大学;2010年
9 潘少杰;新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张宏伟,李胜,陈学华;GIS技术在瓦斯动力灾害预测中的应用[J];安全与环境学报;2002年01期
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8 李连崇;唐春安;邢军;唐烈先;;节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析[J];东北大学学报;2006年05期
9 赵兴东;石长岩;刘建坡;李元辉;;红透山铜矿微震监测系统及其应用[J];东北大学学报(自然科学版);2008年03期
10 康玉梅;刘建坡;李海滨;魏晨慧;;一类基于最小二乘法的声发射源组合定位算法[J];东北大学学报(自然科学版);2010年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨威;李磊;马立强;;振动放顶煤技术研究[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐乃忠;低透气性富含瓦斯煤层群卸压开采机理及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
2 邓明;煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警技术研究[D];安徽理工大学;2010年
3 李天斌;岩质工程高边坡稳定性及其控制的系统研究[D];成都理工大学;2002年
4 陈海军;高陡岩质斜坡深层变形的数值分析[D];南京水利科学研究院;2002年
5 杨小礼;线性与非线性破坏准则下岩土极限分析方法及其应用[D];中南大学;2002年
6 姜彤;边坡在地震力作用下的加卸载响应规律与非线性稳定分析[D];中国地震局地质研究所;2004年
7 钱向东;混凝土拱坝的强度计算与极限荷载分析[D];河海大学;2005年
8 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
9 张玉贵;构造煤演化与力化学作用[D];太原理工大学;2006年
10 梁正召;三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究[D];东北大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡峰;煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出机理的研究[D];安徽理工大学;2005年
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3 程建圣;立井掘进过程中的煤与瓦斯突出动力现象研究[D];安徽理工大学;2006年
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6 赵玉林;煤与瓦斯突出机理及防治技术研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 徐奴文;唐春安;周钟;沙椿;梁正召;;基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析[J];岩石力学与工程学报;2013年07期
2 罗浩;潘一山;肖晓春;赵扬锋;贾宝新;;矿山动力灾害多参量危险性评价及分级预警[J];中国安全科学学报;2013年11期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 李长洪;张吉良;蔡美峰;张磊;林清华;;煤矿冲击性灾害类型实验研究[J];北京科技大学学报;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 姜永东;鲜学福;尹光志;;煤矿采掘工作面发生冲击地压的突变理论研究[A];金属矿采矿科学技术前沿论坛论文集[C];2006年
2 谢和平;鞠杨;;岩石力学中的分形研究[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 周爱民;基于工业生态学的矿山充填模式与技术[D];中南大学;2004年
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3 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
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5 袁海平;诱导条件下节理岩体流变断裂理论与应用研究[D];中南大学;2006年
6 牛聚粉;基于MapX的煤与瓦斯突出预警技术研究[D];中国地质大学(北京);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 高建英;基于遗传算法设计模糊RBF神经网络控制器[D];大连理工大学;2000年
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3 唐海;岩石预裂爆破成缝分析及爆破参数确定的智能研究[D];武汉理工大学;2004年
4 武东坡;震相识别的实时方法研究[D];中国地震局工程力学研究所;2004年
5 秦玉金;邻近层卸压范围的研究[D];煤炭科学研究总院;2004年
6 赵玉林;煤与瓦斯突出机理及防治技术研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
7 罗先伟;铜坑矿细脉带矿体特大事故隐患区治理研究[D];中南大学;2008年
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4 肖红飞,何学秋,王恩元,撒占友;煤与瓦斯突出电磁辐射预测指标临界值的确定及应用[J];煤炭学报;2003年05期
5 韩军;张宏伟;朱志敏;宋景春;;阜新盆地构造应力场演化对煤与瓦斯突出的控制[J];煤炭学报;2007年09期
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8 记者 赵阳;最高检派员介入调查[N];法制日报;2010年
9 记者刘耀平 王扬;调查显示“四不”问题突出[N];中国煤炭报;2010年
10 李毅记者 张煜 曹琨;抓好煤与瓦斯突出防治工作[N];六盘水日报;2008年
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1 刘超;采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究[D];大连理工大学;2011年
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3 李绍泉;近距离煤层群煤与瓦斯突出机理及预警研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
4 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
5 单智勇;煤巷掘进煤与瓦斯突出事故抑制技术研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
6 吴祥;煤与瓦斯突出事故链控制及应用研究[D];中国矿业大学;2010年
7 邓明;煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警技术研究[D];安徽理工大学;2010年
8 马玉林;煤与瓦斯突出逾渗机理与演化规律研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
9 覃道雄;极复杂条件下煤与瓦斯突出规律及综合治理技术[D];中国矿业大学(北京);2013年
10 覃道雄;极复杂条件下煤与瓦斯突出规律及综合治理技术[D];中国矿业大学(北京);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高争;平煤十二矿突出案例专家咨询系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 李志永;基于SVM的煤与瓦斯突出区域分类预测模型研究[D];太原科技大学;2010年
3 王鹏;基于非线性理论的煤与瓦斯突出预测技术研究[D];西安科技大学;2010年
4 张恩龙;井工煤岩瓦斯动力灾害探测技术研究与运用[D];内蒙古科技大学;2013年
5 邱俊炳;井工煤矿动力灾害源探测技术研究[D];内蒙古科技大学;2012年
6 徐学锋;地质构造对煤与瓦斯突出的影响研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
7 温彦良;地质动力区划和分形理论在煤与瓦斯突出区域预测中的应用[D];辽宁工程技术大学;2004年
8 任树鑫;突变理论及突变级数法在煤岩体失稳问题中的应用[D];西安科技大学;2010年
9 张超;煤巷掘进中深孔松动控制爆破防治煤与瓦斯突出技术的研究[D];中国地质大学(北京);2005年
10 王燕杰;基于模糊物元分析的煤与瓦斯突出预测[D];太原理工大学;2011年
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