监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及煤矿开采风险规避技术领域，具体是指一种监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法。

背景技术：

煤炭是我国的重要能源，随着近几年产业结构调整和环境保护的需求，石油、天然气以及新能源比例变大，煤炭资源的消费有所降低。但“富煤、贫油、少气”的现状使煤炭在未来几十年内仍占主要能源。目前，东部地区的浅部煤炭资源已基本被开采完，开采深度逐渐向深部发展。预计在未来20年，我国多数煤矿将进入1000m到1500m的开采深度。随着煤炭深部开采时代的到来，深部围岩受“三高一扰”(高地应力、高渗透压力、高地温、强开采扰动)影响，煤矿冲击地压发生趋于频繁。原来有冲击灾害的矿井，冲击危险性越发严峻；原来没有冲击灾害的矿井，也逐步出现冲击现象。冲击地压是指井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它不仅能造成井巷破坏、人员伤亡、地面建筑物破坏，而且还会引起瓦斯、煤尘爆炸、火灾及水灾，干扰通风系统等，是煤矿重大灾害之一，严重影响着煤矿的安全、高效开采。由于煤矿地质和开采条件的复杂性，冲击地压灾害发生的时间与地域具有多样性和突发性，因此对其进行预测预警也就成为世界性难题。尤其是对煤层分叉合并区冲击灾害的研究不够充分，对其冲击危险性进行监测预警目前还存在很多不足，比如国标规定的冲击倾向性指标是采用实验室试验进行测定的，仅仅代表煤体材料本身的属性，不能反映地质和开采的影响；弹性波ct反演技术还不能做到实时预警；微震法和声发射技术及电磁辐射技术误差较大、准确率比较低。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种快速精准判断目标区域冲击地压危险性的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法。

为了实现上述目的，本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法具有如下构成：

该监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法，其主要特点是，所述的方法包括一下步骤：

(1)将该煤层的冲击倾向性指标进行归一化处理，得到冲击倾向性综合指标；

(2)对该煤层的分叉合并区采集取样进行冲击剪切试验，得到该煤层的分叉合并区的抗剪强度和相应的剪应力综合指标；

(3)将所述的冲击倾向性综合指标和所述的剪应力综合指标进行综合处理，得到相应的冲击倾向性综合判定指标；

(4)根据所述的冲击倾向性综合判定指标来判定该煤层的分叉合并区的冲击地压危险性。

进一步地，所述的冲击倾向性指标包括动态破坏时间指数、弹性能量指数、冲击能量指数和单轴抗压强指数，所述的将该煤层的冲击倾向性指标进行归一化处理，得到冲击倾向性综合指标，具体为：

将冲击倾向性指标按如下公式进行归一化处理并得到冲击倾向性综合指标，并通过对分叉合并区所在煤层采样进行冲击倾向性鉴定试验得到煤层的分叉合并区的冲击倾向性综合指标的数值：

其中，dt为动态破坏时间指数，wet为弹性能量指数，ke为冲击能量指数，rc为单轴抗压强指数，udt为归一化后的动态破坏时间指数，为归一化后的弹性能量指数，为归一化后的冲击能量指数，为归一化后的单轴抗压强指数，u1为归一化后的冲击倾向性综合指标。

更进一步地，所述的对该煤层的分叉合并区采集取样进行冲击剪切试验，得到该煤层的分叉合并区的抗剪强度和相应的剪应力综合指标，具体为：

按照取样原则对分叉合并区所在的煤层进行取样，加工后进行冲击剪切试验，得到该煤层的分叉合并区的抗剪强度和相应的剪应力综合指标，通过如下公式进行归一化处理：

其中，u2为归一化后的该煤层的分叉合并区的剪应力综合指标，imax为该煤层的分叉合并区的剪应力综合指标，τ为该煤层的分叉合并区的剪应力，[τ]为该煤层的分叉合并区的抗剪强度。

更进一步地，所述的将所述的冲击倾向性综合指标和所述的剪应力综合指标进行综合处理，得到相应的冲击倾向性综合判定指标，具体为：

通过如下公式得到相应的冲击倾向性综合判定指标：

uc＝λ1u1+λ2u2；

其中，uc为该煤层的分叉合并区的冲击倾向性综合判定指标，λ1+λ2＝1，λ1和λ2均为权重值。

更进一步地，所述的根据所述的冲击倾向性综合判定指标来判定该煤层的分叉合并区的冲击地压危险性，具体为：

根据监测该煤层的分叉合并区的矿震和应力数据对λ1和λ2进行校正，得到相应的冲击倾向性综合判定指标的数据，以此来判定该煤层的分叉合并区的冲击地压危险性。

采用了本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法，对冲击倾向性指标和剪应力进行归一化处理，组成冲击倾向性综合判定指标，以此判定煤层的分叉合并区的冲击危险性，能实现目标区域冲击危险性的实时监测和预警，操作简便，费用较低，精度提高，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法的流程图。

图2为本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法的具体实施结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，为本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法的流程图。如图2所示，为本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法的具体实施结构图。

在一种具体实施方式中，本发明的方法包括以下步骤：

(1)数据处理计算机将该煤层的冲击倾向性指标进行归一化处理，得到冲击倾向性综合指标，其中，冲击倾向性指标包括动态破坏时间指数dt、弹性能量指数wet、冲击能量指数ke和单轴抗压强指数rc，具体处理公式如下，数据处理计算机根据分叉合并区所在煤层采样进行的冲击倾向性鉴定试验所得到数据可计算出到dt、wet、ke和rc四个指标的值，并按照下公式得到u1的值：

其中，udt为归一化后的动态破坏时间指数，为归一化后的弹性能量指数，为归一化后的冲击能量指数，为归一化后单轴抗压强指数，u1为归一化后冲击倾向性综合指标；

(2)按照取样原则对分叉合并区所在的煤层进行取样，加工后进行冲击剪切试验，得到该煤层的分叉合并区的抗剪强度和相应的剪应力综合指标，通过如下公式进行归一化处理：

其中，u2为归一化后的该煤层的分叉合并区的剪应力综合指标，imax为该煤层的分叉合并区的剪应力综合指标，τ为该煤层的分叉合并区的剪应力，[τ]为该煤层的分叉合并区的抗剪强度；

此外，数据处理计算机通过井下监测分站实时采集的数据得到该煤层的分叉合并区的应力分布规律曲线，进一步得出最大主应力σ1和最小主应力σ3的值，通过如下公式得到该煤层的分叉合并区的剪应力数据，由此得到u2的值：

(3)数据处理计算机通过以下公式将冲击倾向性综合指标和剪应力综合指标进行综合处理，得到相应的冲击倾向性综合判定指标：

uc＝λ1u1+λ2u2；

其中，uc为该煤层的分叉合并区的冲击倾向性综合判定指标，λ1+λ2＝1，λ1和λ2均为权重值，λ1与煤的冲击倾向性有关；λ2与应力差值有关，受采掘和地质条件影响，此外，两者均受到矿震扰动的影响；

(4)数据处理计算机根据监测该煤层的分叉合并区的矿震和应力数据对λ1和λ2进行校正，例如采用模糊数学法，计算出相应的冲击倾向性综合判定指标，并判定该煤层的分叉合并区的冲击地压危险性。

在一种优选的实施方式中，可以定义剪应力综合指标imax和冲击倾向性综合判定指标uc的判别准则，如表1和2所示，以便输出更加简洁明了的判定结果，并依据该结果采取相应的冲击地压防治措施。

表1冲击危险性标准(剪应力)

表2冲击倾向性综合判定指标

采用了本发明的监测预警煤层分叉合并区冲击地压危险性的方法，对冲击倾向性指标和剪应力进行归一化处理，组成冲击倾向性综合判定指标，以此判定煤层的分叉合并区的冲击危险性，能实现目标区域冲击危险性的实时监测和预警，操作简便，费用较低，提高精度，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。