一种测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法与流程

文档序号:21504302发布日期:2020-07-14 17:57阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于步骤如下:

首先在应力状态正常下工作面(13)的轨道顺槽(10)内靠近实体煤帮部间隔施工多个放炮激发点(7),在胶带顺槽(11)内帮部间隔布置多个震动信号传感器(3),测量所有放炮激发点(7)与所有震动信号传感器(3)的三维空间坐标,从而计算出各个放炮激发点(7)到各个震动信号传感器(3)之间震动波传播的距离;

利用放炮起爆器(4)控制多个放炮激发点(7)按照其距离顺序依次起爆,然后利用设置在轨道顺槽(10)与联络巷(9)交叉处的电流信号传感器(4)记录每个放炮激发点(7)放炮产生震动波的时刻,同时利用震动信号传感器(3)接收所有震动波来确定波形到时时间,进一步得出放炮产生的震动波传播射线(8)即震动波模拟的无形传播路线的传播时间;

分别计算出每一个放炮激发点(7)激发时,震动波从产生时刻到每个震动信号传感器(3)接收震动波的传播时间即到时时间,进一步计算出各个震动信号传感器(3)接收震动波的传播速度;

最后把各个震动信号传感器(3)接收震动波传播速度的平均值,作为一个放炮激发点产生震动波的传播速度,进而把每一个放炮激发点产生震动波传播速度的平均值作为应力状态正常状况的井下震动波的传播速度。

2.根据权利要求1所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于具体步骤如下:

步骤a.首先在无地质构造、受采动影响小的应力状态正常情况下的工作面轨道顺槽(10)内靠近实体煤帮部施工多个放炮激发点(7),在胶带顺槽(11)内帮部的位置垂直安装、布置震动信号传感器(3),震动信号传感器(3)用以接收震动波信号,利用通信电缆(2)连接素有震动信号传感器(3)并最终与设在井下的监测分站(1)相连接,监测分站(1)在联络巷(9)内通过通信电缆连接有电流信号传感器(4),电流信号传感器(4)设置在轨道顺槽(10)与联络巷(9)交叉处,监测分站(1)还通过通信光缆(14)与地面上的地面用光端机(15)和监测计算机(16)相连接;

步骤b.在放炮激发点(7)中施工钻孔、正向装药,并布置炮线(6),连接放炮激发点(7)与起爆器(5);

步骤c.测量工作面轨道顺槽(10)中放炮激发点(7)以及胶带顺槽(11)中震动信号传感器(3)的三维空间坐标,计算任选一个放炮激发点(7)和任选一个震动信号传感器(3)的三维空间坐标之间的距离l;

步骤d.把单根炮线(6)绕电流信号传感器(4)两圈,在联络巷(9)中按下放炮起爆器(5),放炮激发点(7)被激发,其电流穿过电流信号传感器(4),此时监测计算机(16)中记录下电流信号传感器(4)接收放炮的发震时刻,由于多个放炮激发点(7)由左到右或由右到左依次起爆,所以相应地电流信号传感器(4)就接收多个发震时刻,每个震动信号传感器(3)也会接收到多个震动波,记录所有接收到震动波的时间,从而计算出震动波传播时间t;

具体的,多个炮点按照其距离长短依次起爆,一个一个的炮点进行起爆后,每个放炮激发点(7)都会有m个震动波传播距离及时间,就有m个震动波传播速度,当第一个炮点起爆时,产生的震动波由m个震动信号传感器分别接收,相应的就有m个震动波传播距离及波形传播时间,从而就有m个震动波传播速度,进一步计算出该放炮激发点产生的震动波平均传播速度;

步骤e.任选某一个放炮激发点和某一个震动信号传感器的距离l以及震动波传播的时间t,计算得出井下震动波传播速度v。

3.根据权利要求2所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于,所述震动信号传感器(3)按照20~30m的间距、距离底板0.8~1.5m布置在巷道帮部,安装有传输线接头的部位向上并垂直固定,作为震动波信号接收点,电流信号传感器(4)要求单独布置,一般布置在放炮起爆器(5)的周边,有利于炮线(6)的缠绕和电流变化信号的接收;

井下的监测分站(1)布置在工作面胶带顺槽(11)与联络巷(9)交叉处,或者布置在便于接通动力电源的位置,并悬挂固定于巷道帮部,监测分站(1)与震动信号传感器(3)、电流信号传感器(4)之间分别用通信电缆(2)进行连接,然后由通信光缆(14)连接监测分站(15)和地面监测计算机(16)。

4.根据权利要求2所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于所述步骤b中:

工作面顺槽实体煤帮的放炮激发点(7)应由打钻设备按照一定间距进行施工钻孔,间距取8~15m,离底板0.5m左右位置,放炮炮眼孔深一般取2m,装药量为200~2000g;根据最远的放炮激发点(7)与放炮起爆器(5)的距离来决定放炮起爆器(5)的炮线(6)长度,放炮装药量不低于200g。

5.根据权利要求2所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于,所述步骤c具体为:

c1.在工作面轨道顺槽(10)中测量放炮激发点(7)的三维空间坐标为o(a,b,c),按照与放炮起爆器(5)距离的远近,放炮激发点(7)的坐标依次记为o1,o2,o3,……,on。其中,n为放炮激发点(7)的个数;

c2.在工作面胶带顺槽(10)中测量震动信号传感器接收点的三维空间坐标为s(d,e,f),按照与监测分站(1)距离的远近,震动信号传感器(3)接收点的坐标依次记为s1,s2,s3,……,sm。其中,m为震动信号传感器(3)的个数;

c3.选取第一个放炮激发点(7),确定该激发点与各个震动信号传感器(3)的距离分别为:

选取第二个放炮激发点(7),确定该激发点与各个震动信号传感器(3)的距离分别为:

选取第三个放炮激发点(7),确定该激发点与各个震动信号传感器(3)的距离分别为:

以此类推,则第n个放炮激发点(7)与各个震动信号传感器(3)的距离分别为:

其中,表示第n个放炮激发点与第m个震动信号传感器的距离。

6.根据权利要求2所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于,所述步骤d具体为:

d1.用炮线(6)连接第一个放炮激发点(7),按下放炮起爆器,其电流穿过电流信号传感器(3),此时监测计算机(16)中记录下电流信号传感器(3)接收放炮的发震时刻,记为t1;同时,按照震动信号传感器(3)与监测分站(4)距离的远近,其接收震动波的时间依次记为其中,m为震动信号传感器的个数;

同理,第二个放炮点被激发时,电流信号传感器(3)接收放炮的发震时刻,记为t2,震动信号传感器接收震动波的时间依次记为

以此类推,第n个放炮点被激发时,电流信号传感器(3)接收放炮的发震时刻,记为tn,震动信号传感器接收震动波的时间依次记为其中,n为放炮激发点(7)的个数;表示第n个放炮激发点(7)被激发时,第m个震动信号传感器(3)接收震动波的时间;

d2.根据电流信号传感器(3)接收的放炮发震时刻以及震动信号传感器(3)接收震动波的时间,第一个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波传播的时间依次为:

第二个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波传播的时间依次为:

第n个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波传播的时间依次为:

其中,表示第n个放炮激发点(7)被激发时,第m个震动信号传感器(3)接收震动波传播的时间。

7.根据权利要求2所述的测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,其特征在于,所述步骤e具体为:

e1.第一个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波的传播速度依次为:

同理,第二个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波的传播速度依次为:

以此类推,第n个放炮激发点(7)被激发时,各个震动信号传感器(3)接收震动波的传播速度依次为:

其中,表示第n个放炮激发点(7)被激发时,第m个震动信号传感器(3)接收震动波的传播速度;

e2.按照每个放炮激发点(7)产生的震动波,其传播速度大小取震动信号传感器(3)接收该震动波传播的平均速度值,如下:

第一个放炮激发点(7)被激发时,该震动波的传播平均速度为:

同理,第二个放炮激发点(7)被激发时,该震动波的传播平均速度为:

以此类推,第n个放炮激发点(7)被激发时,该震动波的传播平均速度为:

其中,m为震动信号传感器(3)数量;n为放炮激发点(7)个数;

e3.根据每个放炮激发点(7)对应震动波传播的平均速度大小,把全部放炮激发点(7)产生的震动波传播平均速度再计算平均值作为煤矿井下震动波传播的速度大小,因此,井下震动波传播速度大小v为


技术总结
本发明提供了一种测试井下震动波传播速度及到时时间的计算方法,适用于煤矿井下使用。首先在矿井应力状态正常下布置震动信号传感器;在工作面轨道顺槽内施工放炮激发点;测量放炮激发点、震动信号传感器的三维空间坐标,任选某放炮激发点和某震动信号传感器的三维空间坐标,计算二者之间的距离;监测电流信号传感器接收放炮的发震时刻和震动信号传感器接收震动波的时间,从而计算出震动波传播时间;任选一个放炮激发点和一个震动信号传感器的距离以及震动波传播的时间,计算得出井下震动波传播速度。其确定井下震动波传播速度大小及到时时间,是煤矿及时、准确地实时监测井下工作面波速异常区域及具有冲击地压危险或高应力分布区域的前提条件。

技术研发人员:巩思园;刘辉;张洪玉;韩营营;李成海;窦林名;马志锋;葛庆
受保护的技术使用者:徐州弘毅科技发展有限公司;山东东山古城煤矿有限公司;中国矿业大学
技术研发日:2020.04.10
技术公布日:2020.07.14
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