一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法与流程

1.本发明涉及煤矿冲击地压预测技术领域，尤其涉及一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法。


背景技术：

2.影响冲击地压的因素很多，但主要有自然地质条件、开采技术条件和生产组织管理等。自然地质条件一般很难改变，但开采技术部分条件可以通过采掘布局和生产组织等措施人为改变。目前，冲击地压危险性评价大多都采用综合指数法，综合指数法评价指标并不包括影响冲击危险性的重要因素———开采强度。冲击地压预测方法有微震法、电磁辐射法、钻屑法、地音法等，冲击危险预测水平极低，作为冲击危险监测预测的主要手段微震法，由于预警指标有参数的选择问题，其预测效能也没有得到充分发挥。
3.目前，无论综合指数法评价冲击地压的危险性，还是采用微震法、电磁辐射法、钻屑法、地音法地应力法等手段预测冲击地压的危险性，其预测预警的水平普遍很低，难以满足现场灾害防治需要。综合指数法评价主要考虑7项地质因素和11项开采技术条件因素，这些因素中并没有反映开采强度这一影响冲击地压的重要因素。所以，综合指数法的评价指标并不全面，故其评价结果也并不能客观真实地反映冲击地压危险性。
4.钻屑法取样范围有限，易受取样点煤层结构、卸压松动等多因素影响，且不能做到实时连续监测，在监测时间和空间上有很大的局限性。电磁辐射和地音监测设备受外界电磁场及设备运转、人工作业干扰较大，监测数据与冲击地压显现之间的相关性不大。地应力只是冲击发生的前题条件之一，其大小及变化情况也不能反映冲击危险性大小。微震对冲击地压的预测预警具有独特的作用，微震活动判别冲击危险的传统理论依据有，无冲击地压危险时：微震活动一直比较平静，持续保持在较低的能量水平。有冲击地压危险时：(1)微震次数和能量迅速增加，持续2-3天后会出现大的震动；(2)微震活动保持一定水平，突然出现平衡期，持续2-3天后，会发生大的震动和冲击。目前，也有以微震为主，兼顾其它监测手段的多参量综合预测冲击危险性的方法。尽管冲击预测理论及方法在不断创新，但现场实践证明，冲击危险预测预警水平并没有实质性的提升，远远不能满足矿井现场安全生产的需要。


技术实现要素：

5.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法。
6.本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法，包括以下步骤：
7.s1：分析华亭矿区砚北煤矿250207工作面4次典型的冲击显现前矿震释放能量与工作面推进度之间的关系统计情况；
8.s2：分析砚北煤矿250202
上
综采工作面2018年10月11日发生冲击地压显现(微震监
测能量为4.57
×
105j)工作面产量、矿震频次与矿震释放总能量关系统计图；
9.s3：分析砚北煤矿250207工作面冲击地压显现前矿震释放能量与工作面放煤高度之间的关系统计图；
10.s4：分析华亭煤矿250103回采工作面2011年9月30日至10月2日连续3天的微震监测震源平面定位情况；
11.s5：对以上分析进行总结，微震对矿山冲击地压预警具有独特优势，利用以下定性指标评价评价是否有冲击危险性，在现场取得了明显效果：(1)小能量(能量等于或小于104j级别)震动无规律分散分布，震动频次与总能量同步下降或上升，无论震动频次多高，震动释放的总能量有多大，表示煤岩层集聚的能量在平缓稳定地释放，一般不会发生冲击地压显现；(2)小能量(能量等于或小于104j级别)震动的空间分布从杂乱分散变为较规律的排列，大能量(能量大于104j级别)震动次数增加，震中迁移并集中，预示冲击地压危险性增大。(3)震动分散，震动频次持续增加，震动总能量持续增大，突然，震动频次变小，但震动总能量持续增大，甚至翻倍，预示冲击地压危险性增大。
12.作为本发明的进一步方案，所述s1中，工作面忽快忽慢推进或工作面停产后恢复生产时，突然快速推进都可能引发冲击地压。也就是说，工作面非匀速推进，是诱发冲击地压的重要因素；冲击地压发生前，矿震释放能量级别基本都在105j以上。
13.作为本发明的进一步方案，所述s2中，工作面推进速度是评价回采工作面冲击危险程度大小的重要指标之一，且工作面是否匀速推进，即工作面相邻两日推进度相差大小，也是影响工作面冲击危险程度的重要因素，工作面推进速度变化幅度越大，诱发冲击的危险程度也随之增大。
14.作为本发明的进一步方案，所述s1和s2中，根据华亭矿区各冲击地压矿井回采工作面防冲实践总结，综合考虑生产任务和防冲要求，将回采工作面日推进度控制在3.2m之内，且尽量保持匀速推进，若遇特殊情况，工作面相邻两日推进度相差控制在最小程度(以华亭矿区各矿井回采循环进度0.8m考虑，相邻两日推进度之差应控制在0.8之内)，对防冲是比较有利的，随着采高的增加，冲击地压危险性也随之增加。华亭矿区各冲击地压矿井均采用综放开采，采高一般都为3m，所以要降低冲击地压危险，只能从减小放煤高度入手。对综放开采而言，工作面放煤时，由于瞬时放落的煤量大，会突然改变放煤区域的应力状态，煤层会出现突然卸压、增压，能量的释放量和释放速度也会显著增加，导致煤层及围岩应力发生急剧变化，当应力超过煤岩层的极限应力时，就会诱发冲击地压。
15.作为本发明的进一步方案，所述s3中工作面矿震释放能量与放煤高度及其变化幅度存在一定的关系。放煤高度过大(9.0m以上)或放高变化幅度大都可能引发冲击地压。对于华亭矿区各冲击地压矿井来说，因各矿回采工作面设计采高基本都为3.0m，所以控制开采高度实际也就是控制采放比。放煤高度过大，采空区悬顶离采场底板的高度就越大。对于坚硬顶板煤层而言，工作面顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度时，上覆岩层破断下沉释放的能量和瞬时垮落对采场底部的剧烈冲击就可能引发冲击地压。
16.作为本发明的进一步方案，所述s1、s2和s3中，对于华亭矿区各冲击地压矿井具体开采条件而言，为了科学评价冲击地压危险性，在综合指数法开采技术条件因素11项评价指标的基础上，引入影响工作面冲击地压危险性的一个重要因素——开采强度及均衡生产因素。通过现场实践统计分析，将开采强度及均衡生产因素可归纳为三个具体的指标：回采
工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小和放顶煤工作面放高与采高之比。参照冲击危险性评价生产技术因素指标评价指数取值方法，赋予相应的指数。基于华亭煤田各冲击地压矿井综放工作面采高基本都为3.0m，循环进尺基本都为0.8m的具体情况进行赋值。
17.本发明中的有益效果为：
18.1.本发明，通过华亭矿区实践总结，在综合指数法评价冲击地压的危险性时，加入表征开采强度及均衡生产的回采工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小和放顶煤工作面放高与采高之比等指标，危险性评价结果更加切合实际。同时，对微震预测冲击地压的活动规律进行总结，在现场预测预警实践中也取得的极大的成功，冲击地压预测预警水平明显提升，为矿井冲击灾害治理提供的坚实地技术基础。华亭矿区总结的冲击危险性评价及微震预测冲击危险方法，对冲击地压矿井冲击灾害监测预警及治理有极大的推广意义。
附图说明
19.图1为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的1月4日冲击前能量与推进度关系图；
20.图2为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的3月6日冲击前能量与推进度关系图；
21.图3为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的3月26日冲击前能量与推进度关系图；
22.图4为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的5月30日冲击前能量与推进度关系图；
23.图5为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的10月11日冲击显现前工作面产量与矿震释放能量关系折线图；
24.图6为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的10月11日冲击显现前工作面矿震次数与矿震释放能量关系折线图；
25.图7为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的1月4日冲击显现前能量与放高关系图；
26.图8为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的3月6日冲击显现前能量与放高关系图；
27.图9为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的3月26日冲击显现前能量与放高关系图；
28.图10为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的5月30日冲击前能量与放高关系图；
29.图11为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的微震监测震源平面定位示意图；
30.图12为本发明提出的一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法的赋值表格图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.参照图1-12，一种基于开采强度及微震分析的煤矿冲击地压预测方法，包括以下步骤：
33.s1：分析华亭矿区砚北煤矿250207工作面4次典型的冲击显现前矿震释放能量与工作面推进度之间的关系统计情况；
34.s2：分析砚北煤矿250202
上
综采工作面2018年10月11日发生冲击地压显现(微震监测能量为4.57
×
105j)工作面产量、矿震频次与矿震释放总能量关系统计图；
35.s3：分析砚北煤矿250207工作面冲击地压显现前矿震释放能量与工作面放煤高度之间的关系统计图；
36.s4：分析华亭煤矿250103回采工作面2011年9月30日至10月2日连续3天的微震监测震源平面定位情况；
37.s5：对以上分析进行总结，微震对矿山冲击地压预警具有独特优势，利用以下定性指标评价评价是否有冲击危险性，在现场取得了明显效果：(1)小能量(能量等于或小于104j级别)震动无规律分散分布，震动频次与总能量同步下降或上升，无论震动频次多高，震动释放的总能量有多大，表示煤岩层集聚的能量在平缓稳定地释放，一般不会发生冲击地压显现；(2)小能量(能量等于或小于104j级别)震动的空间分布从杂乱分散变为较规律的排列，大能量(能量大于104j级别)震动次数增加，震中迁移并集中，预示冲击地压危险性增大。(3)震动分散，震动频次持续增加，震动总能量持续增大，突然，震动频次变小，但震动总能量持续增大，甚至翻倍，预示冲击地压危险性增大。
38.本发明，s1中，工作面忽快忽慢推进或工作面停产后恢复生产时，突然快速推进都可能引发冲击地压。也就是说，工作面非匀速推进，是诱发冲击地压的重要因素；冲击地压发生前，矿震释放能量级别基本都在105j以上。
39.本发明，s2中，工作面推进速度是评价回采工作面冲击危险程度大小的重要指标之一，且工作面是否匀速推进，即工作面相邻两日推进度相差大小，也是影响工作面冲击危险程度的重要因素，工作面推进速度变化幅度越大，诱发冲击的危险程度也随之增大。
40.本发明，s1和s2中，根据华亭矿区各冲击地压矿井回采工作面防冲实践总结，综合考虑生产任务和防冲要求，将回采工作面日推进度控制在3.2m之内，且尽量保持匀速推进，若遇特殊情况，工作面相邻两日推进度相差控制在最小程度(以华亭矿区各矿井回采循环进度0.8m考虑，相邻两日推进度之差应控制在0.8之内)，对防冲是比较有利的，随着采高的增加，冲击地压危险性也随之增加。华亭矿区各冲击地压矿井均采用综放开采，采高一般都为3m，所以要降低冲击地压危险，只能从减小放煤高度入手。对综放开采而言，工作面放煤时，由于瞬时放落的煤量大，会突然改变放煤区域的应力状态，煤层会出现突然卸压、增压，能量的释放量和释放速度也会显著增加，导致煤层及围岩应力发生急剧变化，当应力超过煤岩层的极限应力时，就会诱发冲击地压。
41.本发明，s3中工作面矿震释放能量与放煤高度及其变化幅度存在一定的关系。放煤高度过大(9.0m以上)或放高变化幅度大都可能引发冲击地压。对于华亭矿区各冲击地压矿井来说，因各矿回采工作面设计采高基本都为3.0m，所以控制开采高度实际也就是控制
采放比。放煤高度过大，采空区悬顶离采场底板的高度就越大。对于坚硬顶板煤层而言，工作面顶板垮落充填采空区的高度不大于采放煤高度时，上覆岩层破断下沉释放的能量和瞬时垮落对采场底部的剧烈冲击就可能引发冲击地压。
42.本发明，s1、s2和s3中，对于华亭矿区各冲击地压矿井具体开采条件而言，为了科学评价冲击地压危险性，在综合指数法开采技术条件因素11项评价指标的基础上，引入影响工作面冲击地压危险性的一个重要因素——开采强度及均衡生产因素。通过现场实践统计分析，将开采强度及均衡生产因素可归纳为三个具体的指标：回采工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小和放顶煤工作面放高与采高之比。参照冲击危险性评价生产技术因素指标评价指数取值方法，赋予相应的指数。基于华亭煤田各冲击地压矿井综放工作面采高基本都为3.0m，循环进尺基本都为0.8m的具体情况进行赋值。
43.本发明中，通过华亭矿区实践总结，在综合指数法评价冲击地压的危险性时，加入表征开采强度及均衡生产的回采工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小和放顶煤工作面放高与采高之比等指标，危险性评价结果更加切合实际。同时，对微震预测冲击地压的活动规律进行总结，在现场预测预警实践中也取得的极大的成功，冲击地压预测预警水平明显提升，为矿井冲击灾害治理提供的坚实地技术基础。华亭矿区总结的冲击危险性评价及微震预测冲击危险方法，对冲击地压矿井冲击灾害监测预警及治理有极大的推广意义。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。