专利名称：一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法
技术领域：
本发明涉及一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，主要适用与具有坚硬或较厚顶板的煤矿综采工作面、综放工作面，进行顶板破坏高度的监测。
背景技术：
煤层开采后引起采场围岩的变形破坏而产生裂隙，而采动裂隙则是煤矿一系列灾害的根源。而采场上覆岩层的破坏高度不仅影响着围岩稳定性，还对后期开采安全有着很大影响。确定煤矿开采导致的上覆岩层破坏高度，不仅能够确保水体下采煤的生产安全，而且对于掌握工作面瓦斯随着覆岩移动、破坏的分布规律有着重要作用，另外对于提高煤柱回采、减少煤炭损失也具有重要意义。近年来，随着开采深度的增加，开采强度的加大，采场上覆岩层的破坏高度也呈现不同的变化趋势，对于开采过程中覆岩破坏高度的监测也显得尤为迫切。目前对于覆岩破坏高度的主要监测方法也多种多样，常用的主要有以下两种钻孔冲洗液漏失量观测和彩色钻孔电视观测。钻孔冲洗液漏失量观测是从地面或者井下向采场上方钻探施工，在施工过程中，从钻杆内向钻孔压入冲洗液，在冷却钻头的同时将岩屑排出孔外。在没有岩层破坏的情况下，由钻孔返上的泥浆与泥浆泵泵入钻孔的冲洗液量应该是相等的。但是，在顶板断裂出现裂隙的情况下，部分冲洗液顺着裂隙流失，孔内上返的泥浆则小于泵入的冲洗液量。 基于此种关系，冲击液量开始减少的区域即为岩层破坏高度。该方法主要适用于没有钻孔涌水的岩层，而且钻工施工量较大，而监测的范围只是所施工钻孔附近，对整个采场的覆岩破坏高度缺乏代表性。钻孔电视观测方法主要是从地面向工作面上方岩层进行地质钻孔， 并通过钻孔成像设备以照片或视频图像的方式直接提供钻孔壁的系统图像。还有部分设备则应用了数字技术并使之具有形成、显示和处理这些图像的能力，得到的图像不但可以被用于定性识别钻孔内的情况，还可以定量地分析钻孔中的地质现象，比如裂隙的宽度、倾角和产状等，通过孔壁上的裂隙发育情况，判断岩层是是否断裂从而得到采场覆岩的破坏高度。该方法虽然较前者直观，但是钻孔施工量也较大，尤其是对于深部矿，而且监测范围也有限，另外对于确定采动裂隙时，还受原生裂隙及构造的影响。这两种方法观测施工期较长，观测的结果对于回采过程也存在一定的滞后性。近年来人们发现在煤矿开采过程中，覆岩破坏前总有一些前兆，微震现象就是煤岩破坏时发出的重要信息。而通过监测微震事件，并确定震源位置，可以达监测顶板断裂的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，使用该方法其安装及操作都极其方便、快捷，另外该方法可以实时反映采场顶板断裂情况，时效性强，该方法避免施工，监测设备只装在回采巷道，对工作面正常生产影响很小。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
—种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，其步骤如下选取一个正常开采的工作面作为监测区域；根据工作面的长度及该监测区域的大小来布置若干微震探头，选取微震监测系统作为监测设备，该微震监测系统通过线缆与各微震探头连接，所述微震探头围绕所述监测区域布置在胶带顺槽、轨道顺槽及上下山巷道内；测量所述微震探头所在位置的三维坐标xyz，X代表探头的纬度，y代表探头的经度，ζ代表探头的海拔高度，将测得的三维坐标xyz输入到微震监测系统，通过该微震监测系统中存储的采掘工程平面图，将微震探头的位置在该采掘工程平面图上标出；微震监测系统根据微震探头的位置计算出微震事件的三维坐标和能量，然后在所述采掘工程平面图上显示出来，用来实时显示微震事件位置；通过人工爆破的方式验证微震监测系统定位的精度，并根据试验结果优化微震探头的布置方式，如果误差过大，可以调节探头之间的距离，直至误差降到合理范围；利用微震监测系统分析监测到的微震事件的坐标及能量的大小，通过对大于某个能量级别的微震事件进行统计，确定它们的发生区域，可确定上覆岩层的破坏高度。根据探头的监测范围，相邻微震探头的间隔为400米至800米。在布置微震探头的位置安装型号为Φ 18，长为3. 5m的锚杆，锚杆尾部留出3 5cm的螺纹段，将微震探头顺时针拧在锚杆尾部的螺纹段上。本发明的有益效果本发明能够对采场上覆岩层破坏高度进行有效的、区域性的实时监测，而且具有较高的监测精度。与现行的其他方法相比，该发明不需要进行钻孔施工，大大减少了工程量，更加有效快捷，而且该发明能够实现实时监测，减少了滞后性带来的不利影响，另外该发明还具备监测精度高和危险预警的功能。
具体实施例方式一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，其步骤如下选取一个正常开采的工作面作为监测区域；这样可以实现对工作面后方采空区上方覆岩的破坏高度进行监测了。根据工作面的长度及该监测区域的大小来布置若干微震探头，选取微震监测系统作为监测设备，该微震监测系统通过线缆与各微震探头连接，所述微震探头围绕所述监测区域布置在胶带顺槽、轨道顺槽及上下山巷道内。测量所述微震探头所在位置的三维坐标xyz，χ代表探头的纬度，y代表探头的经度，ζ代表探头的海拔高度，将测得的三维坐标xyz输入到微震监测系统，通过该微震监测系统中存储的采掘工程平面图，将微震探头的位置在该采掘工程平面图上标出；三维坐标 xyz可以有地测人员测量，也可以在有坐标的矿图上，根据距离已知点的距离进行计算。微震监测系统根据微震探头的位置计算出微震事件的三维坐标和能量，然后在所述采掘工程平面图上显示出来，用来实时显示微震事件位置。通过人工爆破的方式验证微震监测系统定位的精度，并根据试验结果优化微震探头的布置方式，如果误差过大，可以调节探头之间的距离，直至误差降到合理范围。间距越误差越小，但间距不能超过微震探头的有效测量范围，一般每个探头有效测量范围在 500 1000m。爆破所采用的爆破参数是钻孔深度32m，封孔长度7 10m，孔径75mm，装药量大于30kg。2#煤矿许用乳化炸药，药卷规格Φ 50 X 250mm，雷管采用煤矿许用8#普通瞬发电雷管。导爆索采用煤矿许用导爆索，规格为Φ 5. 2 5. 5mm;利用微震监测系统分析监测到的微震事件的坐标及能量的大小，通过对大于某个能量级别的微震事件进行统计，确定它们的发生区域，可确定上覆岩层的破坏高度。根据探头的监测范围，相邻微震探头的间隔为400米至800米。在布置微震探头的位置安装型号为Φ 18，长为3. 5m的锚杆，锚杆尾部留出3 5cm的螺纹段，将微震探头顺时针拧在锚杆尾部的螺纹段上，然后用信号电缆将所有微震探头连接在微震监测系统上。微震监测系统的ARAMIS_WIN软件根据微震探头的位置计算出微震事件的三维坐标和能量，其中用到一个波速参数，该波速为4000m/s，其他参数该软件均已定好。然后所得的微震事件的三维坐标和能量在所述采掘工程平面图上显示出来，用来实时显示微震事件位置；该微震监测系统为波兰仪器。不同厂家生产的微震监测系统，该软件的名称不一样。以上为本发明的较佳实施例以及设计图式，上述较佳实施例以及设计图式仅是举例说明，并非用于限制本发明的权利范围，凡以均等的技术手段、或为本申请专利范围所涵盖的权利范围而实施者，均不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，其特征在于步骤如下 选取一个正常开采的工作面作为监测区域；根据工作面的长度及该监测区域的大小来布置若干微震探头，选取微震监测系统作为监测设备，该微震监测系统通过线缆与各微震探头连接，所述微震探头围绕所述监测区域布置在胶带顺槽、轨道顺槽及上下山巷道内；测量所述微震探头所在位置的三维坐标xyz，χ代表探头的纬度，y代表探头的经度， Z代表探头的海拔高度，将测得的三维坐标xyz输入到微震监测系统，通过该微震监测系统中存储的采掘工程平面图，将微震探头的位置在该采掘工程平面图上标出；微震监测系统根据微震探头的位置计算出微震事件的三维坐标和能量，然后在所述采掘工程平面图上显示出来，用来实时显示微震事件位置；通过人工爆破的方式验证微震监测系统定位的精度，并根据试验结果优化微震探头的布置方式，如果误差过大，可以调节探头之间的距离，直至误差降到合理范围；利用微震监测系统分析监测到的微震事件的坐标及能量的大小，通过对大于某个能量级别的微震事件进行统计，确定它们的发生区域，可确定上覆岩层的破坏高度。
2.根据权利要求1所述的一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，其特征在于根据探头的监测范围，相邻微震探头的间隔为400米至800米。
3.根据权利要求2所述的一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，其特征在于在布置微震探头的位置安装型号为Φ 18，长为3. 5m的锚杆，锚杆尾部留出3 5cm的螺纹段，将微震探头顺时针拧在锚杆尾部的螺纹段上。
全文摘要
本发明公开了一种采场上覆岩层破坏高度的监测方法，通过采用微震监测系统，对监测到的微震事件进行分析来确定上覆岩层的破坏高度，首先确定监测区域，然后在监测区域布置微震探头，通过微震监测系统对监测到的微震事件进行分析处理，得到震源的位置和能量大小，然后根据一定能量的微震事件的分布规律，判断出采场的破裂位置。本发明能够对采场上覆岩层破坏高度进行有效的、区域性的实时监测，而且具有较高的监测精度。与现行的其他方法相比，该发明不需要进行钻孔施工，大大减少了工程量，更加有效快捷，而且该发明能够实现实时监测，减少了滞后性带来的不利影响，另外该发明还具备监测精度高和危险预警的功能。
文档编号G01V1/20GK102455176SQ20101051302
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者崔树江, 张文平, 李安宏, 李良兵, 毛德兵, 王强, 秦子晗, 蓝航, 霍灵军 申请人:天地科技股份有限公司, 山西潞安环保能源开发股份有限公司