煤矿矿震发生机理及防控关键技术研究与应用

信息来源：山东省科学技术厅：山东能源集团有限公司关于发布2022年度揭榜挂帅科技项目榜单（第一批）的公告

煤矿矿震发生机理及防控关键技术研究与应用

（一）发榜单位：山东能源集团有限公司

（二）项目研究内容及考核指标：为解决矿震发生机理不清、震动效应及致灾风险难以辨识、矿震空间监测精度不足和降能减震控制技术体系不健全等难题，本项目拟研发产生一批针对矿震探测-监测-评估-防控相关技术、专利、软著等，推动煤矿矿震防控技术的发展。项目总体验收指标：完成全部研究内容，实现微震定位精度不大于10m、关键层分析及判识误差不大于10m、矿震预测定位精度不大于20m；在项目研发技术与方法的指导下，示范矿井矿震最大震级降低20%，超过规定的大能量矿震频次降低30-50%。

本项目包含4个课题，各课题研究内容和考核指标如下：

1.课题一：煤矿不良地质条件下覆岩运动规律及矿震发生机理研究

1. 课题研究内容

①基于山东能源集团矿震典型矿井地质条件，利用钻探、物探、三分量频率谐振探测等技术手段，研究煤层采动覆岩活动-断裂-悬顶特征的探测技术与方法，提出矿震典型矿井覆岩结构活动及破断规律特征；

②研究典型矿井矿震发生规律及关键层研究判别条件及方法；

③提出矿震发生条件，研究不良地质与覆岩活动对矿震的触发机制，形成覆岩结构动态失稳判据；

④建立矿震动态演化模型，研究上覆岩层活动物理模拟方法与技术，再现矿震发生的过程及现象。

2. 课题研究指标

①采动覆岩活动-断裂-悬顶特征的探测技术与方法，实现探测深度大于600m，探测精度小于10m；

②关键层准确位置辨识方法和技术，实现关键层厚度辨识误差不大于10m；

③揭示典型矿井矿震发生机理，提出覆岩关键层研究判别条件及方法，形成覆岩结构动态失稳判据；

④矿震演化过程物理模型实验技术方法，可模拟真三轴试样尺寸不小于1000×1000×800mm，配备24通道声发射探头，岩层破裂空间位置探测误差不大于10mm。

3. 课题成果指标

①授权发明专利4项（第一专利权人为山东能源集团）；

②发表EI收录论文4篇（至少两篇第一作者单位为山东能源集团，其余论文前三位作者中至少有一位作者单位为山东能源集团）。

2.课题二：矿震震动效应评价及耦合致灾风险研究

1. 课题研究内容

①基于矿震震动波与能量传递衰减特征，提出矿震对地表、井下作业空间震动效应评价方法，建立震动效应评价模型；

②研究煤矿矿震诱发冲击地压机制，建立矿震诱发冲击地压判据与判别方法。

（2）课题研究指标

①确定不同煤矿地质条件与煤岩体特性的矿震震动波衰减系数，预测误差≤20%；基于PPV与震动波能量，构建地表与井下围岩震动效应评价方法；

②提出涉及矿震震级、煤矿地质条件、震动波传播与衰减特征的震动效应评价模型，形成地表与井下矿震扰动区与危险区预测方法，预测精度≤20m；提出基于井下围岩PPV与能量的矿震诱发冲击地压判据。

（3）课题成果指标

①授权发明专利2项（第一专利权人为山东能源集团）；

②发表EI或SCI收录论文6篇（至少三篇第一作者单位为山东能源集团，其余论文前三位作者中至少有一位作者单位为山东能源集团）。

3.课题三：煤矿矿震井上下微震监测方法与技术

1. 课题研究内容

①对山东能源集团主要矿震监测数据进行耦合分析研究，构建全天候井地全网微震同步授时监测体系，提出提高单一、复合监测手段（系统）定位精度的方法和技术；

②建立矿震震源参数的计算模型，解析震源机制，提出矿震孕育演化过程的指标和方法；

③研发井地联合三维微震监测系统，实现矿震精确定位。

（2）课题研究指标

①对山东能源集团现有矿震监测系统（KJ551、KJ874、SOS、ARAMIS等）进行耦合研究,分析各微震系统监测数据与覆岩运移及矿山压力显现的内在关联，提出提高定位精度的方法和技术，提出单一、复合监测系统定位精度的两套指标；

②全天候井上下联合监测系统，实现井上监测单元与井下现有SOS微震监测系统融合，可计算震源位置、震源能量、拐角频率、应力降、地震矩、视应力等矿震参数，形成反映矿震孕育演化过程的指标与方法；

③井下与井上微震监测单元GPS之间授时同步误差小于1毫秒;井上三分量监测单元同时记录三维矿震波形、质点运动速度响应量级可达5.0×10-8m/s；用3kg炸药爆破检验定位误差小于10-15m；地面监测单元可通过Wi-Fi装置和手机调制解调器进行无线通信；可远程访问井上监测单元的运行健康状况，包括系统电压、机内温度、通信链路诊断、可用存储空间、GPS信号状态等。

（3）课题成果指标

①授权发明专利2项（第一专利权人为山东能源集团）；

②发表EI或SCI收录论文4篇（至少两篇第一作者单位为山东能源集团，其余论文前三位作者中至少有一位作者单位为山东能源集团）；

③授权软件著作权2项（其中一项第一作者单位为山东能源集团，其余第二作者单位为山东能源集团）。

4.课题四：煤矿矿震降能减震关键技术研究

（1）课题研究内容

①研究基于煤矿开采设计与生产的矿震降能减震控制技术与方法；

②提出降能减震新技术与方法，结合山东能源集团降能减震的工程实践，研究降能减震效果，优化技术方案。

（2）课题研究指标

①研发煤矿矿震降能减震控制技术与方法，提出针对山东能源集团深井开采的降能减震方案与评价方法；

②巷道抗矿震诱冲支护体系吸能能力达到1500kJ；

③在项目研发技术与方法的指导下，示范矿井矿震最大震级降低20%，超过规定的大能量矿震频次降低30-50%。

（3）课题成果指标

①授权发明专利2项（第一专利权人为山东能源集团）；

②发表EI或SCI收录论文4篇（至少两篇第一作者单位为山东能源集团，其余论文前三位作者中至少有一位作者单位为山东能源集团）。

（三）项目完成时限：2024年12月31日前。

（四）承诺项目研发经费：不高于1820万元。

（五）联系人：李国营  15253790200；

邮  箱：liguoying@shandong-energy.com。