CN105484802A - 一种煤矿冲击地压联合监测预警系统及其监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿冲击地压联合监测预警系统及其监测预警方法，电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪分别布置在煤矿掘进巷道监测点上或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的监测点上，控制接收器布置在回采巷道，地面监测系统站安装在地面上，电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪均与控制接收器连接，控制接收器与地面监测系统站连接。本发明集三种监测与一体，在监测过程中相互作用，相互补充，利用系统化的优势对监测结果进行系统分析，确保了高质量的监测预警效果，提供了一种严谨且科学的监测预警方法，为煤矿安全生产免收冲击地压危害保驾护航。

Description

一种煤矿冲击地压联合监测预警系统及其监测预警方法

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其涉及一种煤矿冲击地压联合监测预警系统及其监测预警方法。

背景技术

近年来随着煤矿开采深度的逐步加深，冲击地压的影响也日益加剧，对煤矿安全生产带来极大危害。冲击地压的发生相对比较复杂，要用单纯的数学解析和岩石力学理论来解决实际问题比较困难。因为煤岩层受节理、裂隙及断层等地质构造的影响，使得煤岩层表现出不连续性且各向异性的特点，又加上水和赋存在煤岩层中的瓦斯与原岩应力及构造应力共同对煤岩层产生作用，使得煤岩层的物理性质和力学性质更加复杂，在时间和空间上不断变化，随着开采的加深，在不同的地点，由于人为方法的选择更是形成煤岩层在不同条件下的变化特点。其变化的多样性和复杂性给煤矿开采中冲击地压的监测预警技术带来了发展。

根据对当前我国冲击地压矿井的调研结果，用于冲击地压监测预警的技术主要包括钻屑法、电磁辐射法、煤体应力法、地音监测和微震监测等方法。每种监测方法都有适合自身的监测对象和监测范围，集中于某一种技术手段。由于煤岩层赋存的多样性和复杂性，空间尺寸的大型化以及在现场监测中受外界干扰，很多的监测预警结果出现失真现象，可见单一的监测预警手段难以对煤矿开采中冲击地压的防治起到足够有效的指导。

在煤矿开采中，煤岩层受节理、裂隙以及断层等地质构造的影响，煤岩层表现出不连续且各向异性的特点，加之水和赋存在煤岩层里的瓦斯同时与原岩应力及构造应力共同作用，以及开采深度加深，地应力增大，同时伴随着开采扰动的影响，又使煤岩体的物理性质和力学性质变得更加复杂，采用一定的监测预警手段可以较直观的反映受冲击地压的煤岩层变化状况。但在复杂的地质条件和变化的外在环境影响下，使得单一的监测预警手段在监测过程中出现精度不高，数据失真，甚至某些特定环境下导致监测失效，不能很好的监测预警冲击地压。如单一的电磁辐射监测预警技术对冲击地压进行监测预警，就如同我们失去了耳朵和双手，只用眼睛去看一样，对于简单的事物我们可以通过眼睛准确的做出判断，但在复杂的条件和外在因素的干扰下，我们单一的手段和功能有时候就达不到预期的效果，俗话说的眼见不一定为实。同理，单一的地音监测预警或微震监测预警等，如同我们的耳朵和触觉，单独作用下，反应出来的也并非真实的事物变化过程。

发明内容

本发明目的在于提供一种煤矿冲击地压联合监测预警系统及其监测预警方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，包括电磁辐射监测仪、地音监测仪、微震监测仪、控制接收器及地面系统监测站，所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪分别布置在煤矿掘进巷道监测点上或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的监测点上，所述控制接收器布置在回采巷道，所述地面监测系统站安装在地面上，所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪均与控制接收器连接，控制接收器与地面监测系统站连接。

所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪均与控制接收器连接，控制接收器与地面监测系统站连接，上述连接方式是通过电缆或无线信号。

所述电磁辐射监测仪由电磁辐射传感器、接收器组成。

所述地音监测仪由地音监测探头、发射器组成。

所述微震监测仪由微震监测传感器、数据采集器组成。

所述煤矿掘进巷道或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的相邻监测点的间距为20米。

一种煤矿冲击地压联合监测预警系统的监测预警方法，包括如下步骤：

1)、布置监测点：在采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷和采煤工作面分别布置监测点，或在掘进巷道布置监测点，其中监测点的间距为20米；

2)、安装监测设备：在每个监测点分别安装电磁辐射监测仪1、地音监测仪、微震监测仪，在回采巷道安装控制接收器，在地面安装地面监测系统站；

3)、监测：对连接好的检测仪器进行调试，确定正常后进行监测，对其中一个监测点进行综合监测，或同时对所有的监测点分别进行综合监测；

4)、综合分析预警：汇总控制接收器4所记录的一个监测点或者多个监测点的监测结果，将所记录的结果发送至地面监测站进行处理。对所监测的巷道或采煤工作面的煤岩体赋存情况进行综合分析，三种不同的监测结果进行对比，采用电磁辐射对煤体的应力状态进行分析、采用地音对煤体内微破裂活动进行分析、采用微震对整个围岩及煤体破裂的贯通及断裂进行分析，结合之前在实验室及现场监测的正常指标进行对比，再结合该区域内微震事件的频次及能量，对整个监测区域进行划分，分为一般区域和危险区域，对危险区域要重点监测，在危险区域增减监测点，增减监测的次数，从原来的每天监测一次改为每天监测两次或多次。

所述步骤3)对其中一个监测点进行综合监测的过程如下：

首先，开启电磁辐射监测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过控制接收器所显示的监测预警指标，结合该矿正常情况下的电磁辐射预警指标，初步判断有无冲击地压；

其次，开启地音监测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过控制接收器所显示的监测结果，结合实验室对该矿煤岩样进行的单轴压缩地音研究所得的地音活动的声发射指标，初步冲击地压对煤岩体的破坏；

最后，微震检测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过一段时间的监测，记录该监测点的微震事件。

本发明的有益效果是：本发明有效充分的发挥系统性的优势，本发明集三种监测与一体，在监测过程中相互作用，相互补充，弥补了单一监测受外在因素的干扰而易产生失真现象，利用系统化的优势对监测结果进行系统分析，可以详细地对冲击地压进行监测预警，更加有效的指导煤矿安全生产；因地制宜地进行层次性部署，在监测手段部署上，根据现场实际需要，对冲击地压进行划区域监测，一般区域正常监测，危险区域重点监测，从而有准确效的对冲击地压进行监测预警；本发明在一个监测点就可以实现，减少了监测点，节省了监测仪器，确保了高质量的监测预警效果，同时在本发明的使用过程中，没有因为监测手段的集成而增加工作人员，在原有技术人员的配合下，仍可以较好的完成监测预警工作，效率优势较为明显；本发明能更好地为从数据采集到资料的分析论证，提供了一种严谨且科学的监测预警方法，为煤矿安全生产免收冲击地压危害保驾护航。

附图说明

图1为本发明煤矿冲击地压联合监测预警系统原理框图；

图2为本发明监测预警方法流程图；

图3为本发明一种实施例布置监测点(在采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷和采煤工作面分别布置监测点)示意图；

图4为本发明电磁辐射强度平均值隶属度曲线及回归曲线图；

图5为本发明地音能量-频次监测曲线图；

图6为本发明微震事件能量-频次分布曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

如图1—6所示，一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，包括电磁辐射监测仪1、地音监测仪2、微震监测仪3、控制接收器4及地面系统监测站5，所述电磁辐射监测仪1、地音监测仪2及微震监测仪3分别布置在煤矿掘进巷道监测点上或采煤工作面的运输巷7、采煤工作面的回风巷10及采煤工作面的监测点上，所述控制接收器4布置在回采巷道，所述地面监测系统站5安装在地面上，所述电磁辐射监测仪1、地音监测仪2及微震监测仪3均与控制接收器4连接，控制接收器4与地面监测系统站5连接。

所述电磁辐射监测仪1、地音监测仪2及微震监测仪3均与控制接收器4连接，控制接收器4与地面监测系统站5连接，上述连接方式是通过电缆或无线信号。

所述电磁辐射监测仪1由电磁辐射传感器、接收器组成。

所述地音监测仪2由地音监测探头、发射器组成。

所述微震监测仪3由微震监测传感器、数据采集器组成。

所述煤矿掘进巷道或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的相邻监测点的间距为20米。

一种煤矿冲击地压联合监测预警系统的监测预警方法，包括如下步骤：

1)、布置监测点：如图3所示，在采煤工作面的运输巷7、采煤工作面的回风巷10和采煤工作面8分别布置监测点6，图中所示采空区9，或者在掘进巷道布置监测点，在掘进巷道内布置监测点的间距为20米；

2)、安装监测设备：在每个监测点分别安装电磁辐射监测仪1、地音监测仪2、微震监测仪3，在回采巷道安装控制接收器5，在地面安装地面监测系统站5；

3)、监测：对连接好的检测仪器进行调试，确定正常后进行监测，对其中一个监测点进行综合监测，或同时对所有的监测点分别进行综合监测；

4)、综合分析预警：汇总控制接收器4所记录的一个监测点或者多个监测点的监测结果，将所记录的结果发送至地面监测站5进行处理。对所监测的巷道或采煤工作面的煤岩体赋存情况进行综合分析，三种不同的监测结果进行对比(如图4-5所示，其中A代表能量，B代表频次)，采用电磁辐射对煤体的应力状态进行分析、采用地音对煤体内微破裂活动进行分析、采用微震对整个围岩及煤体破裂的贯通及断裂进行分析，结合之前在实验室及现场监测的正常指标进行对比，再结合该区域内微震事件的频次及能量，对整个监测区域进行划分，分为一般区域和危险区域，对危险区域要重点监测，在危险区域增减监测点，增减监测的次数，从原来的每天监测一次改为每天监测两次或多次。

所述步骤3)对其中一个监测点进行综合监测的过程如下：

首先，开启电磁辐射监测仪1进行监测，并将监测的结果传至控制接收器4进行同步显示和记录，通过控制接收器4所显示的监测预警指标，结合该矿正常情况下的电磁辐射预警指标，初步判断有无冲击地压；

其次，开启地音监测仪进行监测2，并将监测的结果传至控制接收器4进行同步显示和记录，通过控制接收器5所显示的监测结果，结合实验室对该矿煤岩样进行的单轴压缩地音研究所得的地音活动的声发射指标，初步冲击地压对煤岩体的破坏；

最后，微震检测仪3进行监测，并将监测的结果传至控制接收器4进行同步显示和记录，通过一段时间的监测，记录该监测点的微震事件。

本发明有效充分的发挥系统性的优势，本发明集三种监测与一体，在监测过程中相互作用，相互补充，弥补了单一监测受外在因素的干扰而易产生失真现象，利用系统化的优势对监测结果进行系统分析，可以详细地对冲击地压进行监测预警，更加有效的指导煤矿安全生产。

因地制宜地进行层次性部署，在监测手段部署上，根据现场实际需要，对冲击地压进行划区域监测，一般区域正常监测，危险区域重点监测，从而有准确效的对冲击地压进行监测预警。

在监测预警过程中发挥了效率的优势，在监测预警中需要对监测区域进行监测点布置，根据冲击地压发生的区域以及严重程度不同，所布置的监测点的密集程度也不一样。按照以前的单一监测手段，由于考虑失真问题往往要多布置监测点，进行补充监测。不仅消耗了时间，而且浪费了资源，增加了监测成本，不经济合理。本发明在一个监测点就可以实现，减少了监测点，节省了监测仪器，确保了高质量的监测预警效果。同时在本发明的使用过程中，没有因为监测手段的集成而增加工作人员，在原有技术人员的配合下，仍可以较好的完成监测预警工作。效率优势较为明显。

具有坚强的逻辑性和精确性。本发明将几个单一监测预警手段的优势集成为系统优势，取长补短，采集了工逻辑推理的依据，经过分析论证就可以得出对煤矿冲击地压防治有义的指导。煤矿冲击地压的危害十分严重，冲击地压的发生及影响因素也极其复杂，通过联合监测预警系统进行监测预警，采集资料，加以科学的论证分析，才能有效的指导煤矿开采中对冲击地压的防治。因而本发明能更好地为从数据采集到资料的分析论证，提供了一种严谨且科学的监测预警方法。

监测预警结果准确，将电磁辐射监测、地音监测及微震监测集成一体的系统监测预警技术，依靠三种监测技术监测到的煤岩体在变化中表现出来的特有迹象，充分发挥三者形成总体后的系统优势，适时、适地、科学的监测，进行准确的预测预报冲击地压，为煤矿开采设计和安全生产提供可靠的理论依据和指导。具体表现在一下几个方面：1)对监测到的各个方面的信息和数据进行过滤筛选、智能识别与信号挖掘，从而能大幅度提高预警的准确性和可靠性，提高决策的精确度，进过准确的预警，可以得到较为准确的冲击地压的影响区域及程度，对原有的支护方式进行优化设计，对冲击地压危险区域可以进行加固支护；2)采用电磁辐射对煤体的应力状态进行监测预警、采用地音对煤体内微破裂活动进行监测预警、采用微震对整个围岩及煤体破裂的贯通及断裂进行监测预警，从而准确的判断冲击地压危险区域，可以提前有效的防治冲击地压，如煤层注水、深孔爆破等；3)在采煤工作面，通过冲击地压联合监测系统进行监测，提高了老顶初次来压和周期来压预测预报的准确性，加强工作面支护质量预防老顶来压给工作面带来的危害；4)在坚硬顶板难以冒放的工作面以及顶煤冒放性不好的放顶煤工作面，一般采用预先松动爆破来解决顶板或顶板冒放性问题，可以通过冲击地压联合监测系统监测其预爆破效果。5)本发明在隧道工程中也可以使用，对爆破后的围岩急事监测，可以观测到爆破对岩体的损伤程度，从而为爆破参数提供依据，对提高岩体稳定性，保障工程质量有着重要意义。

综上所述，本发明集三种监测方法为一体，组成联合监测预警系统，对煤矿冲击地压进行适时适地、科学准确的监测预警，为煤矿安全生产免收冲击地压危害保驾护航。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：包括电磁辐射监测仪、地音监测仪、微震监测仪、控制接收器及地面系统监测站，所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪分别布置在煤矿掘进巷道监测点上或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的监测点上，所述控制接收器布置在回采巷道，所述地面监测系统站安装在地面上，所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪均与控制接收器连接，控制接收器与地面监测系统站连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：所述电磁辐射监测仪、地音监测仪及微震监测仪均与控制接收器连接，控制接收器与地面监测系统站连接，上述连接方式是通过电缆或无线信号。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：所述电磁辐射监测仪由电磁辐射传感器、接收器组成。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：所述地音监测仪由地音监测探头、发射器组成。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：所述微震监测仪由微震监测传感器、数据采集器组成。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿冲击地压联合监测预警系统，其特征在于：所述煤矿掘进巷道或采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷及采煤工作面的相邻监测点的间距为20米。

7.一种根据权利要求1-6任一所述的煤矿冲击地压联合监测预警系统的监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、布置监测点：在采煤工作面的运输巷、采煤工作面的回风巷和采煤工作面分别布置监测点，或在掘进巷道布置监测点，其中监测点的间距为20米；

2)、安装监测设备：在每个监测点分别安装电磁辐射监测仪1、地音监测仪、微震监测仪，在回采巷道安装控制接收器，在地面安装地面监测系统站；

3)、监测：对连接好的检测仪器进行调试，确定正常后进行监测，对其中一个监测点进行综合监测，或同时对所有的监测点分别进行综合监测；

4)、综合分析预警：汇总控制接收器4所记录的一个监测点或者多个监测点的监测结果，将所记录的结果发送至地面监测站进行处理，对所监测的巷道或采煤工作面的煤岩体赋存情况进行综合分析，三种不同的监测结果进行对比，采用电磁辐射对煤体的应力状态进行分析、采用地音对煤体内微破裂活动进行分析、采用微震对整个围岩及煤体破裂的贯通及断裂进行分析，结合之前在实验室及现场监测的正常指标进行对比，再结合该区域内微震事件的频次及能量，对整个监测区域进行划分，分为一般区域和危险区域，对危险区域要重点监测，在危险区域增减监测点，增减监测的次数，从原来的每天监测一次改为每天监测两次或多次。

8.根据权利要求7所述的煤矿冲击地压联合监测预警系统的监测预警方法，其特征在于，所述步骤3)对其中一个监测点进行综合监测的过程如下：

首先，开启电磁辐射监测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过控制接收器所显示的监测预警指标，结合该矿正常情况下的电磁辐射预警指标，初步判断有无冲击地压；

其次，开启地音监测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过控制接收器所显示的监测结果，结合实验室对该矿煤岩样进行的单轴压缩地音研究所得的地音活动的声发射指标，初步冲击地压对煤岩体的破坏；

最后，微震检测仪进行监测，并将监测的结果传至控制接收器进行同步显示和记录，通过一段时间的监测，记录该监测点的微震事件。