一种基于微震监测的沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地下工程中安全技术领域，特别涉及一种基于微震监测的沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法。
【背景技术】
[0002]沿空掘巷是在采空区边缘留设3-10m煤柱，巷道布置在位于靠近煤柱一侧的低应力区，能有效减少巷道变形，容易维护，提高巷道稳定性，同时能够有效避免资源浪费，成为普遍采用的巷道掘进方式，但是随着煤炭开采深度增大，地应力逐步升高，在复杂的地质条件下，沿采空区掘进的巷道将出现严重变形，支护构件失效，沿空掘巷小煤柱破碎严重，围岩强度降低，严重影响着巷道稳定性，因此对沿空掘进巷道的稳定性进行定量评价，指导现场施工，优化巷道支护参数。
[0003]现有技术存在下述问题:
[0004]—、沿空掘进巷道的稳定性和围岩的破裂范围无法综合定量评价。
[0005]二、目前还未有沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法。
[0006]三、在实际工程中，沿空掘进巷道受到地应力、构造应力和上工作面的回采应力的共同作用，在复杂应力状态下围岩的破坏特征直接影响巷道变形，目前国内外沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法研究鲜见。
【发明内容】
[0007]鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于微震监测的沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法，通过高精度微震监测系统，准确判断沿空掘进巷道的稳定性。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0009]—种基于微震监测沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法，包括以下步骤:
[0010]步骤I，在沿空掘进巷道中安装高精度微震监测仪系统；
[0011]步骤2，采用高精度微震监测系统对沿空掘进巷道进行实时监测，采集围岩破裂微震事件的位置、能量和次数，计算实体煤侧和沿空侧累计微震事件能量值、单位体积微震事件能量密度和单位体积岩体内部累计微震事件次数；
[0012]步骤3，在沿空掘进巷道中，布设若干巷道断面收敛监测站，采集巷道实体煤侧和沿空侧的断面收敛数值，根据断面累计收敛值，计算巷道实体煤侧和沿空侧断面的平均收敛值；
[0013]步骤4，在沿空掘进巷道中，分别在沿空侧和实体煤侧选择一定量的锚杆或锚索进行拉拔试验，统计锚杆或锚索的平均拉拔力；
[0014]步骤5，沿空掘进巷道稳定性分析:基于实体煤侧和沿空侧累计微震事件能量值、单位体积微震事件能量密度、累计微震事件次数，锚杆或锚索平均拉拔力以及断面平均收敛值，分别计算累计微震事件能量增加率、单位体积微震事件能量密度增加率、累计微震事件次数增加率、锚杆或锚索平均拉拔力降低率和断面平均收敛量增加率；
[0015]步骤6，沿空掘进巷道综合定量评价:基于步骤5得到的各评价值，利用权重分析法，建立沿空掘进巷道综合定量评价指标，对沿空掘进巷道稳定性进行定量评价。
[0016]进一步的，步骤I中，所述的高精度微震监测仪系统包括传感器、数据采集分站、微震系统主机和地面数据综合处理分析系统，所述的传感器安装在道沿空侧腰线和实体煤肩部分且随着掘进工作面依次前移布置，相邻传感器间隔设定的距离，围岩破裂产生信号，每个传感器接收到微震信号以后将其转变为模拟电信号，通过数据采集分站将采集的电信号通过光纤与煤矿网络分站相连，通过煤矿网络将信号传输给微震系统主机，而地面数据综合处理分析系统将电信号转变为数字信号，并对数字信号加工处理，以实现对微震事件的定位，事件参数的获取。
[0017]进一步的，步骤2中，围岩破裂微震的位置、能量以及次数的确认方法如下:
[0018]巷道围岩的破裂会伴随着弹性波或应力波的产生，传感器采集微震信号后将其转化为电信号，微震软件再将电信号转变为数字信号，通过地面数据综合处理分析系统对微震信号进行处理和分析，确认围岩破裂微震事件的位置、能量以及次数。
[0019]巷道沿空侧和实体煤侧累计微震事件能量值为B和B’，其值分别为B=ΣΒ4ΡΒ’ =ΣΒ'1； B1表示巷道沿空侧微震事件能量值;B ’,表示巷道实体煤侧微震事件能量值；
[0020]进一步的，步骤2中，所述巷道沿空侧和实体煤侧单位体积微震事件能量密度γ和T ’，其值为γ =P/V和γ ’ = Ρ’/ν’，其中P和P’为围岩破裂范围内微震事件能量值，V和V’为围岩破裂范围内的体积。
[0021 ]所述巷道沿空侧和实体煤侧累计微震事件次数为M和Μ’，其值分别为M= XMi和Μ’=Σ M ’，…,表示巷道沿空侧单次微震事件次数，M ’,表示实体煤侧单次微震事件次数；
[0022]进一步的，步骤3中，所述沿空侧和实体煤侧断面平均收敛值为L和L’，其值分别为L= XLi/W和L’ = ΣΙ/i/W，其中W为测力断面收敛值次数，Li表示沿空侧断面的单次收敛值，IZ1表示实体煤侧断面的单次收敛值；
[0023]进一步的，步骤4中，所述沿空侧和实体煤侧锚杆或锚索拉拔力平均值为N和N’，其值分别为N= Σ Ni/Z和N ’ = Σ N ’ i/Z，其中Z为拉拔试验次数;Ni为沿空侧单次拉拔锚杆或锚索拉拔力;N’i为实体煤侧单次拉拔锚杆或锚索拉拔力；
[0024]进一步的，步骤5中，所述累计微震事件能量增加率为R1= (B-B ’)/B，单位体积微震事件能量密度增加率为R2=( γ-γ ’)/γ，累计微震事件次数增加率为1?3 = (1-1’)/^，销杆或锚索平均拉拔力降低率为R4=(n’-n)/n’和断面平均收敛量增加率r5=(l-l’)/l。
[0025]进一步的，步骤6中，所述沿空掘进巷道稳定性定量评价指标，是通过权重分析法得到的，即R= ΣHkRk，其中，Hk为权重系数，k=l，2，3，4，5，其大小应根据Ri?R5的大小及测试数据的可靠性与准确性进行分配，满足Σ Hk= I。
[0026]本发明的有益效果如下:
[0027]本发明利用高精度微震监测系统，对沿空掘进巷道稳定性进行动态监测，对沿空侧和实体煤侧锚杆拉拔力和断面平均收敛多个指标综合对比分析，避免了因单一指标而造成的错误判断，保证巷道稳定性判断的准确性，从而能够全面的，精确的判断巷道稳定状态，进而指导沿空掘进巷道的支护方案设计和实施。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明的沿空掘进巷道稳定性定量评价方法流程图；
[0030]图2为本发明的沿空掘巷微震监测系统示意图；
[0031]图3为本发明的巷道沿空侧和实体煤侧锚杆或锚索拉拔力示意图；
[0032]其中，I为掘进巷道左帮部I号传感器，2为掘进巷道左帮部2号传感器，3为掘进巷道左帮部3号传感器，4为掘进巷道右肩部4号传感器，5为掘进巷道右肩部5号传感器，6为掘进巷道右肩部6号传感器。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0034]本发明基于高精度微震监测系统，分析得到微震事件能量增加率、单位体积微震事件能量密度增加率、累计微震事件次数增加率、锚杆或锚索平均拉拔力降低率和断面平均收敛量增加率等参数，并通过权重分析法，对沿空掘进巷道稳定性综合定量分析，建立沿空掘进巷道稳定性效果定量评价指标，可对沿空掘进巷道稳定性进行科学合理评价。
[0035]为实现以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0036]第一步:微震监测仪系统的安装
[0037]高精度微震监测系统由传感器、数据采集分站、微震系统主机和地面数据综合处理分析系统组成，围岩破裂产生信号，传感器接收到微震信号以后将其转变为模拟电信号，通过数据采集分站将采集的电信号通过光纤与煤矿网络分站相连，通过煤矿网络将信号传输给微震系统主机，而地面数据综合处理分析系统将电信号转变为数字信号，并对数字信号加工处理，以实现对微震事件的定位，事件参数的获取，具体安装方法如下:
[0038]根据沿空掘进巷道的地质条件、断面尺寸，巷道围岩监测方案，确定高精度微震监测系统布置参数，如图1，巷道布置6个传感器，沿空侧和实体煤侧各布置3个，分别为:
[0039]掘进巷道左帮部I号传感器I，掘进巷道左帮部2号传感器2，掘进巷道左帮部3号传感器3，掘进巷道右肩部4号传感器4，掘进巷道右肩部5号传感器5，掘进巷道右肩部6号传感器6;每个传感器间隔一定距离，传感器随着掘进工作面依次前移布置。
[0040]将数据采集分站布置在监测巷道中；每个传感器通过光缆与数据采集分站相连，将传感器采集到的围岩破裂信号传到数据采集分站中，然后通过光纤与煤矿网络分站相连，将采集到的围岩