（一）对于基于微震监测技术上覆地层开采裂隙演化过程的分型形特外文翻译资料

（一）对于基于微震监测技术上覆地层开采裂隙演化过程的分型形特

摘要

为了研究覆在岩石裂隙的采煤工作面发展过程中的演变规律，在研究了覆岩层采动裂隙和动态定量描述分形规律的演化过程中，基于高精度微震监测方法和非线性分形几何理论。研究结果表明：覆岩层采动裂隙与煤的面推进有2个周期变化过程，即小→大→小的过程往往是稳定的；提取步距与上覆岩采动裂隙分维数之间的函数关系为三次曲线。结果表明，分形维数反映了覆岩层采动裂隙的演化特征，可以当作覆岩层地层稳定性的评价指标，为采场覆岩层地层、采空区顶板控制及支护运动稳定性分析提供理论指导

1.简介

由于采矿活动扰动对采煤工作面、采煤宽度变化在岩石内部应力不断变化。因此，上覆岩层在不同深度和新的岩石结构形式上经历了不同类型的变形和破坏。裂隙对岩体力学行为的影响，从而控制/水和气体渗透和运动，在一定程度上控制上覆岩层稳定性[ 1 ]。因此，研究采动裂隙的演化规律，对治理覆岩层移动规律，实现矿山安全等方面具有重要意义。

描述了采动裂隙完全取决于一个合理的参数，能反映其自相似规律–即确定的特征，其分形维数。分形几何，由B.B.曼德尔布罗特创建，可以描述岩体裂隙网络很清楚[ 2 ]。分形效应存在于任何岩石材料中，如晶体尺寸大小，或像裂纹分布和断裂（断层）的断裂[ 3 ]。有从开采围岩裂隙的分形特征对开采岩层裂隙网络分布[ 4 ]。基于许多相似材料模拟实验，于等人[5,6]研究了分形分布和开采岩层裂隙的演化规律，提出了采动岩体裂隙网络的概念。利用数值模拟，梁等人[7,8]认为存在一个双重的岩石样品在微观和宏观层面，即失稳破坏的结构模式，分形理论的“自相似性”。高等人[ 9 ]采用数字式全景钻孔摄像技术研究连续开采诱导单元块崩落过程中顶板岩体裂隙分形规律。李等人[ 10、12 ]利用物理实验研究多孔介质煤样的孔隙、声发射和其他参数的分形特征。

采用这种方法的理论建模、数值模拟、仿真实验和工程反演，结果使的覆岩层运动规律的有益探索，对于采动岩体裂缝及其在实际工程应用中的分布很有帮助。虽然简化模型不能反映虚拟条件下的原位岩石，而且在连续测量的研究是由CT，扫描电镜和钻孔方法，大多数研究是基于实验室实验，但是通过挖掘和分布裂缝的形成是采用相似材料模拟和数值计算的方法，这意味着结果不同于工程岩体、缺乏对工程岩体裂隙分形法的实时动态反射。一个有效的监测技术在工程网站动态定位，跟踪和监控，在上覆岩层的位置和方位的骨折。用非线性数学方法定量描述采后覆岩层中裂缝演化特征的研究。

这都有利于测量和研究断口的分形维数来反映过躺在地层更生动地利用微震事件分布的初始条件。原因是，微震监测技术可以获得上覆地层压裂实时的真实情况并提供微裂缝的三维空间位置。随着高精度微震监测方法的帮助下，论文进一步揭示了裂隙的覆岩层的演变过程。并且，通过非线性的分形几何理论，可以定量描述采矿引起的裂缝分布。

2.岩石力学中的分形理论

1983年，B.B.曼德尔布罗特的分形几何性质明显的分形科学[ 13 ]诞生，从此分形几何已被广泛应用于岩石力学。在中国，院士谢惠普是分形理论应用于岩土工程领域的第一。他创造了“fractal-rock力学理论”[ 14 ]，证明煤岩是可拆卸的，整个过程从微观断裂破坏。他还提出了考虑分形效应及其在分析和解决岩石力学问题过程中的作用。一个分形的定量描述分形维数Df。常见的尺寸是相似维数，盒维数，Hausdorff维数、信息维数和关联维数[ 15 ]。到目前为止，分形理论产生的岩石力学，包括许多方面的研究结果：断裂与损伤，统计力量，岩石微裂纹损伤演化特征，接头的力学行为，爆炸碎片的预测、岩爆等等[ 16 ]。

目前，有分形维数测量岩石断裂的几何构造的六种方法，并在他们的盒维数法是最常见的[ 6 ]。该方法包括使用一定半径的圆或一定长度的正方形的一个裂缝曲线或断裂构造的分布区域。对于每侧长度的网格，选择一系列半径R=1的尺寸，并计数的跟踪系数或块的数目下降，及其相关的细胞。因此，包装密度的微量（或块）的每一个细胞的尺寸1 /R

一系列的数据从R和R(N)可以通过上述结果得到利用。如果采动裂隙分布具有分形特征，下列关系[17,18]必须应用到两：

从上述关系的对数分析数据，结果是：

比较上述关系，结果是

在实际应用中，只有数量有限的。以一系列的R，R(N)然后以双对数坐标的直线的斜率，斜率为分形维数D.

3. 采场裂缝监测

3.1．监测区域地质和开采条件

断裂的发展和众多的故障可以在淮南新庄孜矿C13看到。煤层厚度为2.1–12米，与平均6.16米，其中62113工作面是860米海拔上限为590米，和下界的海拔为665米与120米的C14煤层平均趋势是不稳定的，可以被分类为突出煤层。煤层的厚度为0.4–1.3米，与0.8米，C15煤层平均厚度约0–0.8米，并且是不稳定的。62114工作面是900米，上限的海拔是569米，下界的海拔为650米，采高为1.5米，与平均走向长度约为145 m.此外，C15和C13组煤层高突出危险，和第一开采保护层保护C15和C13 C14槽，和开采条件的监测区域，如图1所示。

图1.监测区开采条件

3.2监控方案设计

在监测区域的提取方案充分考虑后，矿山规划和安装困难程度，三地震采集仪器和两个地震采集仪器分别在62113和62114工作面。五采集仪器与共30通道传感器连接。串联连接仪器后，信号传输到表面上的主机，从而形成微震监测系统[ 19 ]，如图2和3。

图2 传感器布置图

图3 微震监测系统的网络拓扑结构

3.3 监测结果分析

微震监测期间，在实时开采上覆地层的过程中微裂纹分布在62113工作面开采阶段得到的，如图4所示。

图4 在工作面微震事件分布规律

4.开采引起的覆岩层裂隙的发育规律

本文中所描述的研究中使用盒维数的分形维数测量。以上的上覆岩层微震分布规律为研究对象，以使在上覆岩层的崩溃过程中采动裂隙分形特性的深入分析。通常，如果认为在上覆岩层各微裂纹是微震事件已经发生，然后（理论上）每个微裂纹对应一个微震事件而微震作为引起上覆岩层的变形和破坏的力量。这也表明，微震事件分布状况，可用于研究采动裂隙的分形特征。

微震事件（共六组）在接下来的时期，在这面已被选定为在该工作面投影图进行分析所发生的。下列日期：2009年4月10日至2009年4月30日2009年5月16日；2009年6月5日至2009年6月6日；2009年6月25日至2009年6月26日；2009年7月15日至2009年7月31日2009年4月29日。考虑到工作面实际尺寸和开采现状，长度（包括方向）和宽度（倾角）定为20米120米，分别是这个投影图。然后，不同尺寸R的采用，网络覆盖进行了微震事件的上述六组投影图，如图5所示。结合分形，20 m，10 m，5 m和2.5 m的自相似特征，分别选定为边长r。

利用上述监测结果和分形维数的盒计数法，我们得到的和LG R(N)和LGeth;1 = RTHORN;裂隙上覆地层的不同提取阶段，利用最小二乘法进行曲线拟合，得到最佳的双对数图上，为图6所示。

作为一个岩石裂隙覆盖的随机性测量指标，微裂纹的分形维数反映微裂纹的统计规律。采矿引起的裂缝的分形维数的显示

表一：计算结果表明：作为工作面覆岩层采动裂隙变化研究进展采动裂隙的分布区逐渐向工作面和更深的方向发展上覆岩层。换句话说，作为上覆地层塌陷，移动和裂缝，裂缝和垂直分层—卡尔裂缝出现在开采引起的覆岩层确保区域稳定，因此新的岩石结构不断出现。采矿引起的裂缝可以很好地表现出有限元分析—岩体结构特征。采矿演化规律（—）引起的裂缝，变化的距离，从切孔不同的岩石结构的变化。

图7反映了变化曲线的前进距离覆岩层回采工作面与分形维数引起的裂缝移动。可以看出，分形维数随着采煤工作面情况已经经历了两个周期性变化的由小→大→小并趋于稳定的过程。在平台上，我看到在覆岩层整个冒落的过程中，通过直接顶煤的初垮落直接顶和主顶煤冒落，并进行要有第一次定期的冒落，上覆岩层的裂缝空间岩层的迅速增加，使分形维数越大—指增加。在第二阶段，作为提取工作完成这一时期，覆岩层活动趋于稳定，尤其是当岩石冒落带不断接近—采矿引起的裂缝和压实，阻碍了在一定程度上，这会导致内部开采引起的裂缝覆岩层岩石的迅速减小，使其分形这一阶段的尺寸减小，并随之稳定。

因此，分形维数描述裂缝的数量宛如发展岩体中也反映出它的影响关于岩体结构的研究。此外，变化规律分形维数与煤的提前介绍了采矿引起的系统特性的影响—上覆岩层的完整性的确定。此外，上述数字表明，实证分析—结论公式提取步骤和分形之间的距离L覆岩层采动裂隙的维数煤的表面如下：

在公式中：三维分形维数是分形维数的一维，是提取的步距。

图7 分形维数随工作面推进的变化曲线

以上结果表明，分布特征开采引起的覆岩层裂隙用分形几何理论描述的一种定量方法。它可以看出，在分形维数变化的过程中揭示诱导裂缝挖掘的演化规律，及尺寸—分形维数与还原过程往往预示着覆岩层结构受其影响，采动效应变化。同时，对分形维数最低的点—结论往往对应动力灾害发生覆岩层破坏。因此，它可以被视为预感到灾难创造了良好的条件建立实际结构之间的物理关系（—）在覆岩层的自然变化的响应下发生采动效应。然而，很难确定临界点的覆盖层破坏前的分形值【20,21】。在实际工程中，有必要结合起来实时连续监测覆岩层的稳定

性利用演化的其他技术采动裂隙发育规律及其分形特征。

5.结论

（1）根据动态定位、追踪和微震监测技术监测，三—微裂纹的三维位置可以实现的上覆岩层的实时破裂位置及范围可以得到，和上覆岩层的分形规律采动裂隙。

（2）萃取步骤的功能关系（—）距离L和诱导裂缝的覆岩采煤表面的分形维数是一个三次曲线。

（3）分形维数反映了其演化特征覆岩层采动裂隙。可以查看作为评价指标的结构稳定性（—）负担的岩石，这也为员工提供了理论指导—对覆岩的管理能力分析采空区顶板及整体运行提取表面。

致谢

这项工作的财政支持，是由国家自然提供，对此为中国自然科学基金（编号：51304154）和自然安徽省科学基金（批准号1408085mkl92），表示衷心感谢。

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