CN102506993A - 煤矿井下围岩微震检测方法 - Google Patents

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吴永平
王�琦
闫志义
王玉锦
高宇平
刘胜
田利军
王宏
卢国梁
张勇
赵军
李有春
陈涛
白兴平
刘锦荣
张效春
胡银如
王洪庆
王存权
邢彦文
周建峰
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大同煤矿集团有限责任公司
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Abstract

本发明具体为一种煤矿井下围岩微震检测方法,解决了缺乏针对坚硬顶底板和坚硬煤层的地质条件下的微震监测方法的问题。煤矿井下围岩微震检测方法,包括的步骤有架设监测所用的设备、收集数据、汇总分析并实时监测、对异常的参数情况进行分析,对冲击矿压可能发生的时间和位置进行预警。本发明不仅可以解决煤矿开采中遇到的冲击矿压难题,确保矿井开采的顺利、安全进行,对于今后在开采过程中的冲击矿压防治工作也必将起到积极有效的指导作用。

Description

煤矿井下围岩微震检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及煤矿中震动监测方法,具体为一种煤矿井下围岩微震检测方法。 背景技术
[0002] 冲击矿压是井下围岩(煤或岩石)突然破坏,引起剧烈震动并伴有大量煤(岩)块抛出的一种矿压显现,是一种严重威胁煤矿安全生产的动力灾害。冲击产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发出强烈声响,造成煤岩体震动和煤岩体破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、 部分巷道垮落破坏等。冲击矿压还会引起或可能引发其他矿井灾害,尤其是瓦斯与煤尘爆炸、火灾以及水灾等,干扰通风系统,严重时造成地面震动和建筑物破坏。因此,冲击矿压是煤矿重大动力灾害之一。自1738年英国南史塔福矿井发生世界上第一次冲击矿压现象以来,世界各主要采煤国家均发生了冲击矿压现象,造成了程度大小不同的伤亡事故。我国自 1933年在抚顺胜利矿发生第一次冲击矿压现象以后,先后在北京、华丰、新汶、徐州、义马、 兖州、平顶山以及大同等50多个矿区发生了冲击矿压,不仅造成了巷道的坍塌、设备的掩埋,而且使大量人员伤亡,造成了极大的社会不良影响,给我国的煤矿安全形势笼罩上了一层阴影。
[0003] 冲击矿压具有突发性、瞬时震动性和巨大破坏性等显现特征。突发性是指冲击矿压一般没明显的宏观前兆而突然发生,难于事先准确确定发生的时间、地点和强度;瞬时性是指冲击矿压发生的过程急剧而短暂,像爆炸一样瞬间产生巨大的声响和强烈的震动, 一般震动时间不超过几十秒;巨大的破坏性是指冲击矿压发生时,顶板可能有瞬间明显下沉,但一般不冒落,有时底板突然开裂鼓起甚至接顶,通常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎并从煤壁抛出,堵塞巷道,破坏支架,常常造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失。
[0004] 目前冲击矿压的监测方法很多,大致可以分为两类:一类方法是以钻屑法为基础的局部探测法,包括煤岩体变形观察法(顶板动态、围岩变形)、煤岩体应力测量法(相对应力和绝对应力测量)、流动地音监测法、岩饼法,主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度;第二类方法是系统监测法,包括微震系统监测法、电磁辐射法、声发射等采矿地球物理方法,根据连续记录煤岩体内出现的动力现象,预测煤矿动力现象危险状态。
[0005] 利用微震监测技术研究冲击矿压是一个交叉学科,涉及到地质学、岩石(损伤、断裂)力学、动态信号测试与分析等多门基础学科的知识。微震事件的实质是一个围岩应力、 应变、变形、开裂、失稳及破坏等一系列动态演变过程的一种表现形式,由于微震监测技术可在空间范围内全方位地描述岩层的运动、破坏、应力降及其破坏尺寸和破坏模式,因而有着超越传统方法的独特优势。微震监测系统能够对全矿井范围进行实时监测,是一种区域性、连续性的监测手段。该系统具有远距离、动态、三维、实时监测的特点,还可以根据震源情况确定破裂尺度和性质,为预警矿井全范围内的冲击矿压(矿震)的危险性提供依据,是一种具有广泛应用前景的监测手段。但由于存在某些具有坚硬顶底板和坚硬煤层的煤层赋存地质条件,特别是复杂地质构造(如存在断层、褶曲、旧巷等)坚硬复合顶板冲击危险工作面并不容易监测,缺少针对这种地质条件下的微震监测方法。
发明内容
[0006] 本发明为了解决缺乏针对坚硬顶底板和坚硬煤层的地质条件下的微震监测方法的问题,提供了一种煤矿井下围岩微震检测方法。
[0007] 本发明是采用如下技术方案实现的:煤矿井下围岩微震检测方法,包括以下步骤,
(1)架设监测所用的设备;主要包括中心计算机、中心信号数据接收器、带有信号监测和分析模块的数字信号记录器、震动记录性能为IHfeOOHz且带嵌入式信号传输模块的微震探头以及它们之间的传输线路和电源;微震探头布置位置满足以下条件:
〔I)微震探头均布于待测矿区四周巷道或硐室内,形成立体网状;
②避免三个及三个以上的微震探头位置的三维坐标点形成直线,避免所有微震探头位置的三维坐标点形成二次曲线;
保证微震探头的位置距开采工作面的距离大于200米; ©保证微震探头的位置距产生动力干扰和电气干扰的设备的距离大于50米; ©保证最深煤层处和地面上至少各布置有一个微震探头;
©需将已采空区域的微震探头及时转移布置到接下来的区域,并保证微震探头正常工作;
微震探头具体为安装于锚杆上,微震探头连接到数字信号记录器,数字信号记录器连接到中心信号数据接收器,中心信号数据接收器连接到中心计算机;(2)收集数据,汇总分析,实时监测;具体为监测和收集震动波形,记录并计算相应的频率、震动速度、冲击能量、 震动次数;
(3)对异常的参数情况进行分析,对冲击矿压可能发生的时间和位置进行预警。
[0008] 本发明是利用特殊布置的微震监测装置配合相应的软件进行工作的。监测过程中,若震动波形由高频和低振动速度变为低频和高振动速度,冲击发生前冲击能量和震动次数有明显变化、幅度较大,变化趋势比较异常、出现急剧上升或急剧下降,在这种情况下认为可能发生冲击矿压,及时对相应波形进行分析,计算出冲击矿压可能发生的时间和位置。
[0009] 本发明的有益效果如下:利用特殊布置的监测装置和合理的监测分析,实现了对于坚硬顶底板和坚硬煤层的地质条件下的微震的实时监测。本发明不仅可以解决煤矿开采中遇到的冲击矿压难题,确保矿井开采的顺利、安全进行,对于今后在开采过程中的冲击矿压防治工作也必将起到积极有效的指导作用,对于复杂地质构造(如存在断层、褶曲、旧巷等),特别是坚硬顶板和坚硬煤层工作面的开采的监测具有极大的价值。具体实施方式
[0010] 煤矿井下围岩微震检测方法,包括以下步骤,
(1)架设监测所用的设备;主要包括中心计算机、中心信号数据接收器、带有信号监测和分析模块的数字信号记录器、震动记录性能为IHfeOOHz且带嵌入式信号传输模块的微震探头以及它们之间的传输线路和电源;微震探头布置位置满足以下条件:
①微震探头均布于待测矿区四周巷道或硐室内,形成立体网状;
②避免三个及三个以上的微震探头位置的三维坐标点形成直线,避免所有微震探头位置的三维坐标点形成二次曲线;
d)保证微震探头的位置距开采工作面的距离大于200米; ©保证微震探头的位置距产生动力干扰和电气干扰的设备的距离大于50米; ©保证最深煤层处和地面上至少各布置有一个微震探头;
@需将已采空区域的微震探头及时转移布置到接下来的区域,并保证微震探头正常工作;
微震探头具体为安装于锚杆上,微震探头连接到数字信号记录器,数字信号记录器连接到中心信号数据接收器,中心信号数据接收器连接到中心计算机;(2)收集数据,汇总分析,实时监测;具体为监测和收集震动波形,记录并计算相应的频率、震动速度、冲击能量、 震动次数;
(3)对异常的参数情况进行分析,对冲击矿压可能发生的时间和位置进行预警。
[0011] 具体实施过程中,微震探头具体数量为16个。具体应用于不同地质条件的的煤矿时先进行煤岩试样变形破裂声发射、电磁辐射、微震和超声波试验,确定煤岩变形破坏的声发射、电磁辐射、微震和波速随应力的变化特征;采用数值模拟软件分析区段煤柱对工作面周围的应力分布状态,并以此为基础划定矿井的冲击危险区域;利用矿井微震监测装置和处理分析软件进行实时监测。具体为使用波兰16通道SOS微震监测系统。采用综合指数法确定冲击矿压危险程度和危险性指数,提出冲击矿压危险的早期预报;基于D值优化理论, 建立煤矿台网布设优化模型,指导现场微震台网布设;基于波速反演技术,建立波速求解的理论模型,并构建冲击危险的预警指标。

Claims (2)

1. 一种煤矿井下围岩微震检测方法,其特征在于:包括以下步骤,(1)架设监测所用的设备;主要包括中心计算机、中心信号数据接收器、带有信号监测和分析模块的数字信号记录器、震动记录性能为IHfeOOHz且带嵌入式信号传输模块的微震探头以及它们之间的传输线路和电源;微震探头布置位置满足以下条件:①微震探头均布于待测矿区四周巷道或硐室内,形成立体网状;②避免三个及三个以上的微震探头位置的三维坐标点形成直线,避免所有微震探头位置的三维坐标点形成二次曲线;③保证微震探头的位置距开采工作面的距离大于200米;④保证微震探头的位置距产生动力干扰和电气干扰的设备的距离大于50米;⑤保证最深煤层处和地面上至少各布置有一个微震探头;⑥需将已采空区域的微震探头及时转移布置到接下来的区域,并保证微震探头正常工作;微震探头具体为安装于锚杆上,微震探头连接到数字信号记录器,数字信号记录器连接到中心信号数据接收器,中心信号数据接收器连接到中心计算机;(2)收集数据,汇总分析,实时监测;具体为监测和收集震动波形,记录并计算相应的频率、震动速度、冲击能量、震动次数;(3)对异常的参数情况进行分析,对冲击矿压可能发生的时间和位置进行预警。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下围岩微震检测方法,其特征在于:微震探头具体数量为16个。
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