基于地音监测的巷道冲击地压预警方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于地音监测的巷道冲击地压预警方法。包括在具有潜在冲击危险的区域布置两个地音探头，间距为100-150m，第一个探头距离回采工作面端头或掘进工作面迎头的距离≥30m，随着工作面的推进，两个探头交替向前移动；检测探头安装及探头隔音是否合格；进行地音活动的实时监测；选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该监测区域的地音活动能量和频次值；确定工作面是属于生产期间还是非生产期间；计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数；选取异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。该方法对促进冲击地压预测预报与防治技术的发展将起到积极作用，技术、经济、安全效益显著。
【专利说明】基于地音监测的巷道冲击地压预警方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿巷道冲击危险性评价的方法，具体为一种基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，主要用于有冲击地压灾害矿井巷道冲击危险性评价和冲击地压短期、临震预警，用于指导煤矿巷道冲击地压的解危和撤离相关的人员和设备。
【背景技术】
[0002]冲击地压是煤矿深部开采面临的主要灾害之一，据不完全统计，2000年?2012年期间，全国煤矿共发生冲击地压事故304起，伤亡人数509人。随着煤矿开采深度的不断增力口，冲击地压灾害以及由此引起的一系列事故如瓦斯、突水及矿震等等也变得越来越严重和普遍。只有实现对冲击危险性的可靠监测和预报，进而排除事故隐患，才能提高煤矿井下生产安全性，最大限度的减少人员伤亡和财产损失。
[0003]目前国内基于现场监测对冲击地压进行预测预报的方法主要有电磁辐射法、煤体应力法、地音法、微震法和钻屑法。钻屑法是最原始的手段，具有时空不连续性，工作量大，数据不可靠，预测准确率低；微震法监测的是高能量的煤岩破裂事件，只能应用于冲击地压危险区域划分和中长期冲击危险趋势的判断，而不能实现短期预警；煤体应力监测和电磁辐射监测虽然能实现对冲击地压的连续和即时预警，但煤体应力监测属于点监测，范围较小，且煤岩应力状态不是决定冲击地压发生的充分条件；电磁辐射主要根据围岩电磁辐射强度来监测和预测冲击地压，但井下各种电信号往往对监测数据产生很大干扰，容易造成结果的不确定性。与上述方法相比，地音法的优点是监测范围大，前兆信息丰富且不易受干扰，该手段可提供冲击地压的重要前兆信息。通过地音监测系统对潜在的冲击危险区域开展实时动态监测，可获得冲击地压发生前煤岩裂隙的产生、发展的动态信息，根据监测系统提供地音事件、能量释放率、延时等一系列地音参量，找出地音活动规律，以此判断岩体受力状态和破坏进程，评价岩体的稳定性，进而判断监测区域的冲击危险等级。地音监测是目前冲击地压短期、临震预警技术中最先进和最有发展前景的技术手段之一。
[0004]但是，目前国内对基于地音监测的冲击地压预测预报研究还处于摸索阶段，对冲击地压地音前兆特征、冲击危险性评价理论、准则和预警指标等研究还很欠缺。如何建立地音评价冲击危险性的依据和准则，如何选择有预测意义且灵敏的指标并确定预警指数是实现冲击地压短期、临震预警的关键。
【发明内容】
[0005]当前冲击地压预测预报特别是短期预警是岩石力学领域的一个世界性难题，国内目前在这方面的研究工作大多还属于经验性的、定性的预测，可操作性不高。目前，基于电磁辐射监测、煤体应力监测的冲击地压预测预报已进行了较多研究，但预测成功率还有待提高。地音监测是近几年来在冲击地压监测和预报方面发展较快的技术，已经逐步成为煤矿冲击地压实时动态监测的主要手段之一，基于地音监测结果进行冲击危险性的合理评价和可靠预警是目前迫切需要解决的问题，也是提高我国冲击地压研究工作水平的一个重要突破口。
[0006]本发明的目的是提供一种用于煤矿巷道冲击危险性评价和冲击地压预测预报的新方法。由于地音监测具有实时监测的特点，且能获得监测区域300m半径范围内煤岩破裂信息，因此监测信息具有连续性且范围广，基于监测数据的分析能直接反映煤岩受力破坏状态，受外界干扰小。
[0007]一种基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，包括如下步骤:
[0008](I)在具有潜在冲击危险的区域布置地音探头，每个区域布置两个地音探头，探头安装在锚杆露头位置，两探头间距为100-150m，第一个探头距离回采工作面端头或掘进工作面迎头的距离> 30m，随着工作面的推进，两个探头交替向前移动；
[0009](2)检测探头安装及探头隔音是否合格；
[0010](3)采用地音监测系统进行地音活动的实时监测，系统自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值；
[0011](4)确定工作面是属于生产期间(开采时间段)还是非生产期间；
[0012](5)根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数； [0013](6)选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。
[0014]步骤(1)中，所述探头的安装地点与监测区域间不存在干扰弹性波传播的地质破碎区，所述的地质破碎区包括工作面、断层、采空区等。
[0015]所述的锚杆直径为(p20mm，所述的锚杆深入煤岩体内的长度≥1.5m。
[0016]步骤(2)中，检测探头安装是否合格的方法为:用锤头在距离探头5m-20m的其他锚杆上进行敲击；如果接收到所有敲击测试信号，则探头安装合格。
[0017]检测安装在锚杆上的探头隔音是否合格的方法为:用锤头在距离探头< 5m的其他锚杆上进行敲击；如果5m之内的噪音不会被记录，则安装在锚杆上的探头隔音合格。锤头的重量为3.5kg。
[0018]步骤(4)中，确定工作面是属于生产期间还是非生产期间的方法为:通过Wp参数对工作面生产期间和非生产期间进行划分，Wt是一定工作时间单元内该参数的平均值，当WP>afft时该段时间为生产期间，通常a取0.2，Wp参数为产量、推进度、采煤机开机时间或电能消耗的数值。Wp是一定时间内(一个班或一个小时)的数量，Wp和Wt时间相同。
[0019]步骤(5)中，生产期间或非生产期间的班或小时地音能量和频次异常系数为以下8个指标值:
[0020]I)生产期间，班地音频次异常系数一kazw
[0021]2)非生产期间，班地音频次异常系数一一kazn
[0022]3)生产期间，小时地音频次异常系数一一k-
[0023]4)非生产期间，小时地音频次异常系数一Icahn
[0024]5)生产期间，班地音能量异常系数——kezw
[0025]6)非生产期间，班地音能量异常系数一一kezn
[0026]7)生产期间，小时地音能量异常系数一一kehw[0027]8)非生产期间，小时地音能量异常系数——kehn
[0028]上述8个指标值的计算方法，以kazw和k.为例，其计算过程如下:
【权利要求】
1.一种基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，包括如下步骤: (1)在具有潜在冲击危险的区域布置地音探头，每个区域布置两个地音探头，探头安装在锚杆露头位置，两探头间距为100-150Π1，第一个探头距离回采工作面端头或掘进工作面迎头的距离> 30m，随着工作面的推进，两个探头交替向前移动； (2)检测探头安装及探头隔音是否合格； (3)采用地音监测系统进行地音活动的实时监测，系统自动统计各探头每分钟地音活动的能量和频次；对比监测区域内的两个探头每分钟的地音频次，选取地音频次较低的探头监测到能量和频次作为该分钟内所在监测区域的地音活动能量和频次值； (4)确定工作面是属于生产期间还是非生产期间； (5)根据监测区域内每分钟的地音活动能量和频次计算每小时或每班次地音活动的能量和频次，同时结合井下是否生产，分别计算得到生产期间或非生产期间的小时或班地音能量和频次异常系数； (6)选取小时或班地音能量和频次异常系数较大的指标值进行冲击危险性评价。
2.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:所述探头的安装地点与监测区域间不存在干扰弹性波传播的地质破碎区，所述的地质破碎区包括工作面、断层和采空区。
3.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:所述的锚杆直径为20mm,所述的锚杆深入煤岩体内的长度> 1.5m。
4.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:检测探头安装是否合格的方法为用锤头在距离探头5m-20m的其他锚杆上进行敲击；如果接收到所有敲击测试信号，则探头安装合格。
5.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:检测探头隔音是否合格的方法为用锤头在距离探头< 5m的其他锚杆上进行敲击；如果5m之内的噪音不被记录，则安装在锚杆上的探头隔音合格。
6.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:确定工作面是属于生产期间还是非生产期间，通过Wp参数对工作面生产期间和非生产期间进行划分，Wp为产量、推进度、采煤机开机时间或电能消耗的数值，Wt是一定工作时间单元内该参数的平均值，当Wp>aWt时该段时间为生产期间，a为0.2。
7.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:生产期间班地音频次异常系数kazw的计算公式为:
8.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:生产期间班地音能量异常系数kezw的计算公式为:
9.根据权利要求1所述的基于地音监测的巷道冲击地压预警方法，其特征在于:根据异常系数划分四个危险等级，无危险:〈0.25，弱危险:0.25-1.0,中等危险:1.0-2.0,强危险:>2.0。
【文档编号】E21B17/18GK104018790SQ201410244307
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】夏永学, 蓝航, 潘俊锋, 冯美华, 秦子晗, 杨磊 申请人:天地科技股份有限公司