CN103728655B - 一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法 - Google Patents

Abstract

一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法，通过在采前预评价的回采工作面的开切眼、回风巷或运输巷内布置一定数量的震源和检波器，利用地震CT探测技术进行评价，包括：确认地震波在回采工作面直接顶、老顶和煤层中的纵波速度v_z、v_l和v₀；确认回采工作面直接顶厚度h_z和震源至所述直接顶底面距离h₀；计算源检距允许最小值x_zl；获得探测区域岩层动力破坏综合可能性指数二维分布图，确定探测区域内岩层动力破坏危险区域及等级；确定回采工作面的巷道冲击危险区域，并确定巷道冲击危险区域等级等步骤。本发明能够更有效的摈除干扰波的影响，提高预评价准确度，并提高工作效率，节约资源，更方便的指导实际解危工作。

Description

一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法

技术领域

本发明涉及一种冲击危险性评价方法，特别是一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法。

背景技术

近年来，我国煤矿冲击地压灾害日益严重，造成巨大财产损失和人员伤亡，全面、准确的冲击地压危险性评价是进行冲击地压灾害针对性防治的基础。目前，根据应用阶段的不同，工作面冲击危险性评价可分别为两类：①工作面贯通之后，回采之前的危险性预评价；②开采过程中的危险性实时评价。以在线监测设备为主要手段的电磁辐射法、采动应力监测法、微震法、地音法等，一般用于开采过程中的实时评价。

在预评价方面，模拟法一般无法评价对工作面冲击地压有显著影响的未知构造(如断层)，模拟结果只能反映宏观规律。多参量综合评价法(综合指数法、神经网络法、数量化理论法、突变级数法等)的最终结论为工作面的总体危险等级，无法指导针对性防治工作。钻屑法主要检测巷道近区围岩，取样范围有限，无法反应工作面深部煤岩冲击危险性。施工质量受工人操作水平影响显著。遇水或夹矸时，施工难度大，钻屑量准确度降低。若进行全巷道检测，工程量过大，耗时过长。

综上所述，目前还没有一种结论针对性强，准确度高，且操作简单快捷的回采工作面冲击危险性预评价方法。

发明内容

本发明提供了一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法，用于解决现有回采工作面冲击危险性预评价方法针对性差、准确度低、操作耗时耗力的问题，。

本发明采用的技术方案如下：

一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法，通过在采前预评价的回采工作面的开切眼、回风巷或运输巷内布置一定数量的震源和检波器，利用地震CT探测技术进行评价，包括以下步骤：

(a)进行实验室实验确认地震波在所述回采工作面直接顶、老顶和煤层中的纵波速度v_z、v_l和v₀；

(b)根据采区地质资料和工作面布置情况确认所述回采工作面直接顶厚度h_z和震源至所述直接顶底面距离h₀；

(c)根据下列公式计算得出源检距允许最小值x_zl：

$x_{\mathrm{zl}}=2[h_z\sqrt{\frac{m_l+m_z}{m_l-m_z}}+\frac{h_0(m_z\sqrt{{m_l}^2-1}-m_l\sqrt{{m_z}^2-1})}{m_l-m_z}]$

其中， $m_l=\frac{v_l}{v_0},m_z=\frac{v_z}{v_0};$

(d)根据步骤(c)计算结果，确定震源和检波器相对距离及在所述回采工作面的所述开切眼、回风巷或运输巷内布置数量和位置；

(e)在所述震源和所述检波器布置安装完成后，激发震源产生地震波，通过所述检波器接收地震波，利用地震CT技术确定地震波在岩层内传播速度的二维分布图，进而确定传播速度梯度的二维分布图；

(f)根据步骤(e)所获得的所述波速二维分布图和所述波速梯度二维分布图，分别计算得出基于岩层波速分析的波速动力破坏可能性指数二维分布图和基于波速梯度分析的波速梯度动力破坏可能性指数二维分布图；

(g)对步骤(f)所获得的所述两类动力破坏可能性指数二维分布图叠加分析，根据以地震波波速异常系数和地震波波速梯度系数为主要因子的冲击地压危险性评价模型获得探测区域岩层动力破坏综合可能性指数二维分布图，并据此确定探测区域内岩层动力破坏危险区域，并根据下表确定等级，表中C为冲击地压危险性指数；

类别	I	II	III	IV
					冲击危险等级	无	弱	中	强
C值	<0.25	0.25≤C<0.5	0.5≤C＜0.75	0.75≤C≤1

(h)根据步骤(g)确定的所述探测区域内岩层动力破坏危险区域及等级，确定所述回采工作面的巷道冲击危险区域，并根据下表确定的等级指标确定所述巷道冲击危险区域所属等级，表中，r_弱是巷道至弱冲击危险区域的最小距离，r_中是巷道至中等冲击危险区域的最小距离，r_强是巷道至强冲击危险区域的最小距离，b是巷道宽度。

上述步骤(c)中所述源检距为震源与对应检波器之间的直线距离。

上述回采工作面冲击危险性采前预评价方法采用两轮交差激发的方式进行探测，即在所述回风巷内先布置第一轮震源，对应在所述运输巷内先布置第一轮检波器，在第一轮地震波激发接收后，再在所述回风巷内布置第二轮震源，对应在所述运输巷布置第二轮检波器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

①本发明提供的回采工作面冲击危险性采前预评价方法，由于对震源和检波器布置距离进行了科学的计算，因此，本发明能够更有效的摈除干扰波的影响，提高预评价准确度，并提高工作效率，节约资源。

②本发明提供的回采工作面冲击危险性采前预评价方法，依据探测范围内岩层动力破坏危险区域危险等级及其与巷道的最小距离，确定了巷道冲击危险区域及其等级，因此，本发明可更方便指导实际解危工作。

③本发明提供的回采工作面冲击危险性采前预评价方法，由于采用两轮交差激发的方式进行探测，可显著增强震波射线正交性，波速反演结果更加准确，因此，本发明能够更为准确的评价巷道冲击危险性，结论更可靠。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是采用本发明回采工作面冲击危险性采前预评价方法对回采工作面冲击危险性预评价时震源和检波器布置示意图。

图中标记为：1-采前预评价回采工作面，2-开切眼，3-回风巷，4-运输巷，5-第一轮震源，6-第一轮检波器，7-第二轮震源，8-第二轮检波器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，是本发明采用本发明回采工作面冲击危险性采前预评价方法对回采工作面冲击危险性预评价时震源和检波器布置示意图。

所述回采工作面冲击危险性采前预评价方法，通过在采前预评价的回采工作面1的开切眼2、回风巷3或运输巷4内布置一定数量的震源和检波器，利用地震CT探测技术进行评价，包括以下步骤：

(a)进行实验室实验确认地震波在所述回采工作面1直接顶、老顶和煤层中

的纵波速度v_z、v_l和v₀；

(b)根据采区地质资料和工作面布置情况确认所述回采工作面1直接顶厚度h_z和震源至所述直接顶底面距离h₀；

(c)根据下列公式计算得出源检距允许最小值x_zl：

$x_{\mathrm{zl}}=2[h_z\sqrt{\frac{m_l+m_z}{m_l-m_z}}+\frac{h_0(m_z\sqrt{{m_l}^2-1}-m_l\sqrt{{m_z}^2-1})}{m_l-m_z}]$

其中， $m_l=\frac{v_l}{v_0},m_z=\frac{v_z}{v_0};$

(d)根据步骤(c)计算结果，确定震源和检波器相对距离及在所述回采工作面1的所述开切眼2、回风巷3或运输巷4内布置数量和位置；

(e)在所述震源和所述检波器布置安装完成后，激发震源产生地震波，通过所述检波器接收地震波，利用地震CT技术确定地震波在岩层内传播速度的二维分布图，进而确定传播速度梯度的二维分布图；

(f)根据步骤(e)所获得的所述波速二维分布图和所述波速梯度二维分布图，分别计算得出基于岩层波速分析的波速动力破坏可能性指数二维分布图和基于波速梯度分析的波速梯度动力破坏可能性指数二维分布图；

(g)对步骤(f)所获得的所述两类动力破坏可能性指数二维分布图叠加分析，根据以地震波波速异常系数和地震波波速梯度系数为主要因子的冲击地压危险性评价模型获得探测区域岩层动力破坏综合可能性指数二维分布图，并据此确定探测区域内岩层动力破坏危险区域，并根据下表确定等级，表中C为冲击地压危险性指数；

类别	I	II	III	IV
					冲击危险等级	无	弱	中	强
C值	＜0.25	0.25≤C<0.5	0.5≤C＜0.75	0.75≤C≤1

(h)根据步骤(g)确定的所述探测区域内岩层动力破坏危险区域及等级，确定所述回采工作面1的巷道冲击危险区域，并根据下表确定的等级指标确定所述巷道冲击危险区域所属等级，表中，r_弱是巷道至弱冲击危险区域的最小距离，r_中是巷道至中等冲击危险区域的最小距离，r_强是巷道至强冲击危险区域的最小距离，b是巷道宽度。

在本实施例中，采用两轮交差激发的方式进行探测，即在所述回风巷3内先布置第一轮震源5，对应在所述运输巷4内先布置第一轮检波器6在第一轮地震波激发接收后，再在所述回风巷3内布置第二轮震源7，对应在所述运输巷4布置第二轮检波器8。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法，通过在采前预评价的回采工作面(1)的回风巷(3)或运输巷(4)内布置一定数量的震源和检波器，利用地震CT探测技术进行评价，其特征在于：包括以下步骤：

(a)进行实验室实验确认地震波在所述回采工作面(1)直接顶、老顶和煤层中的纵波速度v_z、v_l和v₀；

(b)根据采区地质资料和工作面布置情况确认所述回采工作面(1)直接顶厚度h_z和震源至所述直接顶底面距离h₀；

(c)根据下列公式计算得出源检距允许最小值x_zl：

$x_{zl}=2\[h_z\sqrt{\frac{m_l+m_z}{m_l-m_z}}+\frac{h_0(m_z\sqrt{{m_l}^2-1}-m_l\sqrt{{m_z}^2-1})}{m_l-m_z}\]$

其中， $m_l=\frac{v_l}{v_0},m_z=\frac{v_z}{v_0};$

(d)根据步骤(c)计算结果，确定震源和检波器相对距离及在所述回采工作面(1)的所述回风巷(3)或运输巷(4)内布置数量和位置；

(e)在震源和检波器布置安装完成后，激发震源产生地震波，通过检波器获得地震波传输速度，利用地震CT技术确定震源在岩层内传播速度的二维分布图，进而确定传播速度梯度的二维分布图；

(f)根据步骤(e)所获得的所述波速二维分布图和所述波速梯度二维分布图，分别计算得出基于岩层波速分析的波速动力破坏可能性指数二维分布图和基于波速梯度分析的波速梯度动力破坏可能性指数二维分布图；

(g)对步骤(f)所获得的波速动力破坏可能性指数二维分布图和波速梯度动力破坏可能性指数二维分布图叠加分析，根据基于煤层围岩波速结构特征参量的工作面冲击危险性评价模型获得探测区域岩层动力破坏综合可能性指数二维分布图，并据此确定探测区域内岩层动力破坏危险区域，并根据下表确定等级，表中C为冲击地压危险性指数；

类别 I II III IV 冲击危险等级 无 弱 中 强 C值 ＜0.25 0.25≤C＜0.5 0.5≤C＜0.75 0.75≤C≤1

(h)根据步骤(g)确定的所述探测区域内岩层动力破坏危险区域及等级，确定所述回采工作面(1)的巷道冲击危险区域，并根据下表确定的等级指标确定所述巷道冲击危险区域所属等级，表中，r_弱是巷道至弱冲击危险区域的最小距离，r_中是巷道至中等冲击危险区域的最小距离，r_强是巷道至强冲击危险区域的最小距离，b是巷道宽度。

2.根据权利要求1所述的回采工作面冲击危险性采前预评价方法，其特征在于：采用两轮交差激发的方式进行探测，即在所述回风巷(3)内先布置第一轮震源(5)，对应在所述运输巷(4)内先布置第一轮检波器(6)，在第一轮地震波激发接收后，再在所述回风巷(3)内布置第二轮震源(7)，对应在所述运输巷(4)布置第二轮检波器(8)。