CN102628373B - 煤矿冲击地压分源综合预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿冲击地压分源综合预警方法，针对来自不同空间范围内诱发冲击地压的不同载荷源，进行分源监测预警，包括：安装微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统；分别设置各监测系统的报警阈值；采集并分析各监测系统的监测结果数据；根据各监测系统在冲击地压预警中的相对重要程度以及各监测系统监测结果数据对应的危险等级，分别计算各监测系统所占的权重值；将各监测系统的监测结果数据及对应的监测系统权重值进行综合计算以得到综合预警结果数据；判断综合预警结果数据是否超过预定的冲击地压危险等级，若超过则进行报警，否则不报警。本发明能够避免漏报误报、可操作性强且可节省人物力资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击地压的监测预警方法，特别是涉及一种对诱发冲击地压的载荷源进行分源监测的煤矿冲击地压分源综合预警方法。
背景技术
冲击地压是矿山井巷或采场周围煤岩体，由于弹性变形势能瞬间释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。国外发达国家因灾害及能源结构调整原因冲击地压矿井陆续关闭。
我国冲击地压矿井数量已从1985年的32个发展到现在的130多个，分布于20多个省(市、自治区)。依据国内外对于冲击地压发生规律的统计分析，冲击地压灾害发生随煤层开采深度增加，呈现非线性增长关系，而我国煤炭资源按深度分布的储量，1000m以下的煤炭储量2.5万亿吨，约占总储量的53％，并且我国煤矿大多建于上世纪五六十年代，目前进入深部开采高峰期，煤矿冲击地压发生频度、强度及区域都在逐年增加。因此，加大冲击地压预警与防治研究，是保障占53％以上的深部煤炭资源安全开采，保障我国经济快速发展和社会进步及人民生命、财产安全刻不容缓的重要任务。
冲击地压预警是在冲击地压发生前对危险区域或时期做出警示，一方面，可以及时疏散人员，避免造成人员伤亡；另一方面，可以采取针对性的解危措施，防止灾害性事故的发生。目前，通过对冲击地压发生前兆监测来预警的方法主要包括：微震监测、电磁辐射监测、工作面矿压监测、钻屑量监测、地音监测、采动应力监测、声发射监测、波速监测等，单一的方法约有17种。这些方法的应用为冲击地压的预测预报提供了依据，但从应用效果上来看，还没有特别有效的预警方法，主要原因包括：
(1)目前冲击地压的监测预警方法主要是监测冲击地压前兆的微震事件或者能量较小的冲击地压事件发生规律，以结果性的灾害显现特征为监测目标，而没有从冲击地压发生的机理角度，即以诱发冲击地压的载荷来源为监测目标来确定监测预警方法。
(2)目前冲击地压的监测预警方法没有考虑诱发冲击地压的载荷源具有多样性，也没有考虑这些载荷源在空间及尺度上分布的差异，简单的提出冲击地压综合监测方法，造成了监测设备针对性不足，方法层出不穷，难以取舍，或者同类型监测设备平行、重复布置，不但产生盲区，漏报、误报现象，还增加人力、财力负担。
(3)不同监测系统的监测原理不同，监测对象、有效精度范围也不同，最终得出的预警结果经常相互矛盾，难以指导现场抢险避灾决策。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种针对诱发冲击地压的不同载荷源进行分源监测，能够避免漏报误报、可操作性强且可节省人物力资源的煤矿冲击地压分源综合预警方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种煤矿冲击地压分源综合预警方法，其特征在于，针对来自不同空间范围内诱发冲击地压的不同载荷源，进行分源监测预警，具体包括以下步骤：
1)布置安装微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统；
2)对已安装的微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统，分别设置各监测系统的报警阈值；
3)采集微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统的监测结果数据，并对各监测系统的监测结果数据进行分析；
4)根据各监测系统在冲击地压预警中的相对重要程度以及各监测系统监测结果数据对应的危险等级，分别计算微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统所占的权重值；
5)将各监测系统的监测结果数据及对应的监测系统权重值进行综合计算以得到综合预警结果数据；
6)判断该综合预警结果数据是否超过预定的冲击地压危险等级，若超过则进行报警，否则不报警。
所述综合预警结果数据的计算方法为：所述步骤4)中确定了各监测系统各自所占的权重值后，分别对各监测系统的监测结果数据进行归一化处理，处理后与对应监测系统的权重值进行合成运算，即可得到对应三种监测系统的三个预警结果数据，其中，三个中的最大值即为综合预警结果数据。
所述冲击地压危险等级从低到高分为a级、b级、c级和d级，每个等级对应有一临界值，所述报警阈值依据各等级的临界值而确定。
本发明的优点在于：
(1)从冲击地压发生机理角度出发，以诱发冲击地压的不同载荷源为监测目标进行分源监测，更具针对性，因而对冲击地压的监测预警更为有效；
(2)解决了目前综合监测、多手段监测造成的设备滥用、重复使用、人力、物力浪费等问题；
(3)解决了因监测手段单一而产生盲区，从而产生漏报误报的问题；
(4)解决了不同监测系统预警结果相互矛盾的问题；
(5)建立了冲击地压监测手段选取原则，具有可操作性强、自动化程度高、在线实时预警等特点，将冲击地压预警的准确性提升上了一个新台阶。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明方法中各监测系统监测范围示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
在煤矿开采过程中，诱发冲击地压的载荷源按照空间范围可划分为远距离大范围、近距离小范围及启动区原位的载荷源三种。本发明的煤矿冲击地压分源综合预警方法即是从冲击地压发生机理角度出发，针对来自不同空间范围内诱发冲击地压的不同载荷源，进行分源监测预警。
图1是本发明的方法流程图，如图所示，本发明的煤矿冲击地压分源综合预警方法包括以下步骤：
S10：布置安装微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统；
本发明中，针对远距离大范围的高位厚硬岩层破断动载荷，布置可覆盖井田范围的微震监测系统(可覆盖半径为10km的球体区域内的高位坚硬厚岩层断裂)；针对近距离小范围的低位厚硬岩层破断动载荷，布置可覆盖工作面区域的地音监测系统(可覆盖半径为300m的球体区域内的低位坚硬厚岩层断裂)；而针对工作面煤壁及巷道两帮采动应力，布置采动应力在线监测系统。图2是本发明方法中各监测系统监测范围示意图，如图所示，微震监测系统可监测上位老顶的断裂1，地音监测系统可监测下位老顶的破裂2；采动应力在线监测系统可监测巷帮应力3。
具体安装时，可将三种监测系统的井下监测分站通过电缆连接到地面监控室，并将三种监测系统的监测结果数据24小时不间断的传输至地面监控室。
S11：对已安装的微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统，分别设置各监测系统的报警阈值；
根据冲击地压案例发生时三种监测系统的监测结果数据，并结合历史数据进行综合分析，可将冲击地压危险等级从低到高划分为a级、b级、c级、d级四级，并可确定出每个等级对应的临界值，各等级分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示。当某个监测系统的监测结果数据达到或超过某个危险等级的临界值时，就显现出该危险等级对应的颜色。可设定各监测系统的报警阈值为某个危险等级对应的临界值。
S12：采集微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统的监测结果数据，并对各监测系统的监测结果数据进行分析；
地面监控室中的主机内安装有分析软件可对三种监测系统采集的监测结果数据进行分析、记录并保存；所有原始及处理后的监测结果数据均保存在各监测系统的数据库中，以便于数据的长期积累及后期分析。
S13：根据各监测系统在冲击地压预警中的相对重要程度以及各监测系统监测结果数据对应的危险等级，分别计算三种监测系统所占的权重值；
为了避免危险等级高的指标在计算中被其他安全指标所中和，有必要衡量三种监测系统的监测结果在预警结果中所占的权重。一方面，在长期大量监测结果数据的基础上，结合现场冲击地压显现特征及冲击地压发生机理，可分析出各监测系统在冲击地压预警中的相对重要程度，再由专家进行评议，采用层次分析法即可确定出三种监测系统所占的权重大小；另一方面，也要根据各监测系统监测结果数据对应的危险等级设定权重，设定时以危险等级高的权重大于危险等级低的为原则。综合考虑上述两种衡量权重的方法后，即可确定出三种监测系统各自所占的权重值。
S14：将各监测系统的监测结果数据及对应的监测系统权重值进行综合计算以得到综合预警结果数据；
确定三种监测系统各自所占的权重之后，分别对各监测系统的监测结果数据进行归一化处理，处理后与对应监测系统的权重值进行合成运算，即可得到对应三种监测系统的三个预警结果数据，其中，三个中的最大值即为综合预警结果数据。
S15：判断综合预警结果数据是否超过预定的冲击地压危险等级，若超过则进行报警，否则不报警。
可将需报警的危险等级设为c级，当综合预警结果数据超过c级对应的临界值时，就向工作人员发出声音报警提示。
本发明的煤矿冲击地压分源综合预警方法针对来自不同空间范围内诱发冲击地压的不同载荷源，分别使用不同监测范围的冲击地压监测系统进行监测，实现了对冲击地压危险源的分源实时监测。使用多个监测系统解决了因监测手段单一而产生盲区，从而产生漏报误报的问题；衡量各监测系统的监测结果在预警结果中所占的权重，解决了不同监测系统预警结果相互矛盾的问题；另外，本发明的方法具有可操作性强、自动化程度高、在线实时预警等特点，将冲击地压预警的准确性提升上了一个新台阶。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种煤矿冲击地压分源综合预警方法，其特征在于：针对来自不同空间范围内诱发冲击地压的不同载荷源，进行分源监测预警，具体包括以下步骤：
1）布置安装微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统；
2）对已安装的微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统，分别设置各监测系统的报警阈值；
3）采集微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统的监测结果数据，并对各监测系统的监测结果数据进行分析；
4）根据各监测系统在冲击地压预警中的相对重要程度以及各监测系统监测结果数据对应的危险等级，分别计算微震监测系统、地音监测系统及采动应力在线监测系统所占的权重值；
5）将各监测系统的监测结果数据及对应的监测系统权重值进行综合计算以得到综合预警结果数据；
6）判断该综合预警结果数据是否超过预定的冲击地压危险等级，若超过则进行报警，否则不报警；
所述综合预警结果数据的计算方法为：所述步骤4）中确定了各监测系统各自所占的权重值后，分别对各监测系统的监测结果数据进行归一化处理，处理后与对应监测系统的权重值进行合成运算，即可得到对应三种监测系统的三个预警结果数据，其中，三个中的最大值即为综合预警结果数据。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压分源综合预警方法，其特征在于：所述冲击地压危险等级从低到高分为a级、b级、c级和d级，每个等级对应有一临界值，所述报警阈值依据各等级的临界值而确定。
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