CN106437853A - 一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法，依据冲击地压灾害特点，从灾害发生客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷等构建预警模型、指标及判识分析数学模型，并基于井下传感器、地面服务器、基础数据信息平台等形成相关预警技术及系统。该发明利用大数据技术，从过程进行冲击地压灾害预防预警，防止了各环节的漏洞，保证了预警预防的成功率。

Description

一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法

技术领域

本发明涉及煤矿冲击地压防治领域，尤其涉及一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法。

背景技术

从能源需求角度看，我国以煤炭为主的能源格局短时间内不会改变，煤炭比重较长时间内将保持在50%左右，且煤炭开采95%左右以地下井工开采为主。目前，煤炭开采以每年10~20m的速度向深部延伸，深部开采在中东部已逐渐成为常态，冲击地压灾害日趋严重，我国冲击地压灾害预防技术经过多年发展，基本明确了发生冲击地压煤岩体物理力学特性，即冲击多发生在具有冲击倾向性且积聚大量弹性能区域煤岩体，并形成了相对可用的鉴定技术及临界值、预防技术，比如微震技术、电磁辐射技术及水力压裂等，形成了《煤矿安全规程》、《冲击地压测定、监测与防治方法》等法律法规标准，而且《防治煤矿冲击地压规定》正在制定中，但缺少一种从从灾害客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷等方面，从预防过程构建预警模型、指标及判识分析数学模型，并建立预警技术，造成冲击灾害预测预警漏报，本发明专利是一种崭新的技术方法及系统，填补了技术空白。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法，方法包括：

S1：依据冲击地压动力灾害特点，地质、瓦斯、采掘技术人员通过地质测量、现场井下实测及采掘生产获得的煤层厚度变异系数、地质构造异常、冲击倾向性、应力集中及灾害预兆数据，依据灾害发生机理进行冲击地压动力灾害客观危险性分析，摸清灾害发生程度，并考察合适的预警指标及临界值；预警指标及临界值分别包括日常预测指标和声发射实时监控预警指标；

S2：通过不同的防治灾害措施考察，确定防治措施类型、参数，依据此措施及参数分析日常防治措施不完善之处，建立预警指标；

S3：收集涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立预警指标；

S4：井下各种参数测定传感器提供数据采集，从灾害发生客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷构建预警数据库、预警指标及判识分析数学模型、临界值，进行煤岩冲击地压动力灾害综合预警。

优选地，方法包括：

S5：客观危险性指标：煤层赋存异常主要依靠地勘钻孔、井下探煤钻孔或物探技术进行探测，确定煤层赋存异常系数；地质构造异常主要依靠地勘钻孔、井下探构造钻孔或物探技术进行探测地质构造类型及参数；应力分布异常主要通过进行应力实测、采掘情况确定应力集中区；冲击倾向性异常主要通过现场采取煤样实验室研究确定；综合以上确定复合型灾害危险区域；针对灾害危险性区域，确定考察突出预兆、日常预测指标和声发射指标及临界值；

S6：预防措施缺陷指标：依据已确定的防治措施参数，确定出控制范围、终孔间距及超前距指标；

S7：管理隐患指标：依据涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立是、否执行预警指标；

S8：依据客观危险性指标、预防措施缺陷指标及管理缺陷指标的任意一个进行煤岩冲击地压动力灾害预警。

优选地，方法包括：

S9：基础数据系统：地理信息系统实现矿井数字化管理；预警大数据库，主要存储相关预警指标所需信息数据；煤矿安全监控系统，主要用于上传声发射信号信息数据；

S10：煤岩冲击地压预警指标判识分析系统：地质、采掘动态管理系统，及时更新管理地质、采掘情况变化数据，为客观危险性指标提供依据；地质应力动态分析系统，随着采掘变化，及时更新管理矿井应力分布变化信息，为客观危险性指标提供依据；声发射实时监控预警系统，及时智能预警煤体应力、结构变化带来的冲击灾害，为客观危险性指标提供依据；综合防治措施管理系统，及时更新管理预测、防治措施实施情况数据，为客观危险性和防治措施缺陷指标提供依据；管理人员行为分析系统，及时更新管理人员行为数据，为管理隐患指标提供依据；综合客观危险性、防治措施缺陷及管理隐患指标进行复合型灾害预警预报；

S11：井下各种参数测定传感器提供数据采集，采用监控系统传感器、声发射传感器；

S12：地面预警服务器，用于存储预警信息数据；

S13：预警结果发布管理系统，通过网络、手机发布报警结果。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

通过发明的煤岩冲击地压动力灾害预警技术，从灾害客观危险性、防治措施缺陷及管理隐患三方面进行灾害预警预报，实现了灾害的全方位过程控制，并通过发明的冲击地压灾害预警系统，将预警基础数据服务器、预警指标判识分析系统及煤矿安全监控系统连接，实现了冲击地压动力灾害的智能预警及结果的网络、手机发布。

采用煤岩冲击地压动力灾害预警方法，从灾害客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷方面构建预警指标、判识分析模型及预警系统，从过程进行精细化、实时化及智能化管理和灾害预警。填补了复合型煤岩瓦斯动力灾害预警技术缺乏，增强了复合型煤岩瓦斯动力灾害预警预防，降低了复合型灾害发生危害。

采用系统学人-机-环理念，从灾害客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷等方面构建预警模型、预警指标、判识分析模型及预警系统，从过程进行精细化、实时化及智能化管理和灾害预警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为煤岩冲击地压动力灾害预警方法的流程图；

图2为煤岩冲击地压动力灾害预警方法实施例流程图；

图3为煤岩冲击地压动力灾害预警系统图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法，如图1至3所示，方法包括：

S1：依据冲击地压动力灾害特点，地质、瓦斯、采掘技术人员通过地质测量、现场井下实测及采掘生产获得的煤层厚度变异系数、地质构造异常、冲击倾向性、应力集中及灾害预兆数据，依据灾害发生机理进行冲击地压动力灾害客观危险性分析，摸清灾害发生程度，并考察合适的预警指标及临界值；预警指标及临界值分别包括日常预测指标和声发射实时监控预警指标；

S2：通过不同的防治灾害措施考察，确定防治措施类型、参数，依据此措施及参数分析日常防治措施不完善之处，建立预警指标；

S3：收集涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立预警指标；

S4：井下各种参数测定传感器提供数据采集，从灾害发生客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷构建预警数据库、预警指标及判识分析数学模型、临界值，进行煤岩冲击地压动力灾害综合预警。

其中，包括以下步骤：

S5：客观危险性指标：煤层赋存异常主要依靠地勘钻孔、井下探煤钻孔或物探技术进行探测，确定煤层赋存异常系数；地质构造异常主要依靠地勘钻孔、井下探构造钻孔或物探技术进行探测地质构造类型及参数；应力分布异常主要通过进行应力实测、采掘情况确定应力集中区；冲击倾向性异常主要通过现场采取煤样实验室研究确定；综合以上确定复合型灾害危险区域；针对灾害危险性区域，确定考察突出预兆、日常预测指标和声发射指标及临界值；

S6：预防措施缺陷指标：依据已确定的防治措施参数，确定出控制范围、终孔间距及超前距等指标；

S7：管理隐患指标：依据涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施等各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立是、否执行预警指标；

S8：依据客观危险性指标、预防措施缺陷指标及管理缺陷指标的任意一个进行煤岩冲击地压动力灾害预警。

其中，包括以下步骤：

S9：基础数据系统：地理信息系统实现矿井数字化管理；预警大数据库，主要存储相关预警指标所需信息数据；煤矿安全监控系统，主要用于上传声发射信号信息数据；

S10：煤岩冲击地压预警指标判识分析系统：地质、采掘动态管理系统，及时更新管理地质、采掘情况变化数据，为客观危险性指标提供依据；地质应力动态分析系统，随着采掘变化，及时更新管理矿井应力分布变化信息，为客观危险性指标提供依据；声发射实时监控预警系统，及时智能预警煤体应力、结构变化带来的冲击灾害，为客观危险性指标提供依据；综合防治措施管理系统，及时更新管理预测、防治措施实施情况数据，为客观危险性和防治措施缺陷指标提供依据；管理人员行为分析系统，及时更新管理人员行为数据，为管理隐患指标提供依据；综合客观危险性、防治措施缺陷及管理隐患指标进行复合型灾害预警预报；

S11：井下各种参数测定传感器提供数据采集，采用监控系统传感器、声发射传感器；

S12：地面预警服务器，用于存储预警信息数据；

S13：预警结果发布管理系统，通过网络、手机发布报警结果。

本发明提供一实施例，包括以下步骤：

S21：依据冲击地压动力灾害特点，地质、瓦斯、采掘技术人员通过地质测量、现场井下实测及采掘生产等获得的煤层厚度变异系数、地质构造异常、冲击倾向性、应力集中及灾害预兆等数据，依据灾害发生机理进行冲击地压动力灾害客观危险性分析，摸清灾害发生程度，并考察合适的预警指标及临界值预警指标包括日常预测指标和声发射实时监控预警指标；

具体实施：煤层赋存异常主要依靠地勘钻孔、井下探煤钻孔或物探技术等进行探测，确定煤层赋存异常系数，厚度变异系数Cm≥0.15为危险区；地质构造异常主要依靠地勘钻孔、井下探构造钻孔或物探技术等进行探测地质构造类型及参数，距离地质构造带≤20m为危险区；应力分布异常主要通过进行应力实测、采掘情况确定应力集中区≥应力集中区3倍距离为无危险区；冲击倾向性异常通过采取煤样实验室研究，煤的动态破坏事件DT＞500、弹性能量指数WET＜2、冲击能量指数KE＜1.5、单轴抗压强度RC＜7及弯曲能量指数UWQ≤10等综合判断无冲击危险；通过区域钻孔实施情况确定危险区；卡钻、响煤炮等为危险区，综合以上确定冲击地压动力灾害危险区域；针对灾害危险性区域，确定考察日常预测指标、突出预兆和声发射指标及临界值，日常预测指标主要有钻屑量指标S，声发射预测指标为事件数A、能量指标B，通过现场实际考察确定临界值，突出预兆为卡钻、响煤炮等。

S22：通过不同的防治灾害措施考察，确定防治措施类型、参数，依据此措施及参数分析日常防治措施不完善之处，建立预警指标；

具体实施：主要依靠已确定的防治措施参数，确定出控制范围、终孔间距及超前距等指标，预警指标主要有控制范围a、孔间距b、超前距c，通过实际实施结果参数与设计参数比对，进行预警。

S23：收集涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施等各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立预警指标；

具体实施：主要依靠涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施等各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立是、否执行预警指标，预警指标主要为采掘部署是否合理、综合防治措施是否执行、局部措施是否执行等，指标值为0或1，如与合理结果不否，指标为0，则进行预警。

S24：从灾害发生客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷等构建预警数据库、预警指标及判识分析数学模型、临界值，进行煤岩冲击地压动力灾害综合预警。依据客观危险性指标、预防措施缺陷指标及管理缺陷指标的任意一个进行煤岩冲击地压动力灾害预警。

具体实施软件平台、传感器等有：

基础数据系统 1：地理信息系统①，主要实现矿井数字化管理；预警大数据库②，主要存储相关预警指标所需信息数据；煤矿安全监控系统数据采集系统③，主要用于采集监控系统中瓦斯浓度数据；

冲击地压动力灾害预警指标判识分析系统 2：地质、采掘动态管理系统④，及时更新管理地质、采掘情况变化数据，为客观危险性指标提供依据；地质应力动态分析系统⑤，随着采掘变化，及时更新管理矿井应力分布变化信息，为客观危险性指标提供依据；声发射实时监测预警系统⑥，及时智能预警煤体应力、结构变化带来的冲击灾害，为客观危险性指标提供依据；综合防治措施管理系统⑦，及时更新管理预测、防治措施实施情况数据，为客观危险性和防治措施缺陷指标提供依据；管理人员行为分析系统⑧，及时更新管理人员行为数据，为管理隐患指标提供依据；综合客观危险性、防治措施缺陷及管理隐患指标进行复合型灾害预警预报。

井下各种参数测定传感器提供数据采集3，比如监控系统传感器、声发射传感器等；

地面预警服务器4，用于存储预警信息数据；

S25：预警结果发布管理系统5，主要通过网络、手机发布报警结果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种煤岩冲击地压动力灾害预警方法，其特征在于，方法包括：

S1：依据冲击地压动力灾害特点，地质、瓦斯、采掘技术人员通过地质测量、现场井下实测及采掘生产获得的煤层厚度变异系数、地质构造异常、冲击倾向性、应力集中及灾害预兆数据，依据灾害发生机理进行冲击地压动力灾害客观危险性分析，摸清灾害发生程度，并考察合适的预警指标及临界值；预警指标及临界值分别包括日常预测指标和声发射实时监控预警指标；

S2：通过不同的防治灾害措施考察，确定防治措施类型、参数，依据此措施及参数分析日常防治措施不完善之处，建立预警指标；

S3：收集涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立预警指标；

S4：井下各种参数测定传感器提供数据采集，从灾害发生客观危险性、预防措施缺陷及管理缺陷构建预警数据库、预警指标及判识分析数学模型、临界值，进行煤岩冲击地压动力灾害综合预警。

2.根据权利要求1所述的煤岩冲击地压动力灾害预警方法，其特征在于，方法包括：

S5：客观危险性指标：煤层赋存异常主要依靠地勘钻孔、井下探煤钻孔或物探技术进行探测，确定煤层赋存异常系数；地质构造异常主要依靠地勘钻孔、井下探构造钻孔或物探技术进行探测地质构造类型及参数；应力分布异常主要通过进行应力实测、采掘情况确定应力集中区；冲击倾向性异常主要通过现场采取煤样实验室研究确定；综合以上确定复合型灾害危险区域；针对灾害危险性区域，确定考察突出预兆、日常预测指标和声发射指标及临界值；

S6：预防措施缺陷指标：依据已确定的防治措施参数，确定出控制范围、终孔间距及超前距指标；

S7：管理隐患指标：依据涉及灾害区域合理采掘部署决策、综合防治措施、局部综合防治措施各个环节人员的习惯性错误行为，建立数据库，建立是、否执行预警指标；

S8：依据客观危险性指标、预防措施缺陷指标及管理缺陷指标的任意一个进行煤岩冲击地压动力灾害预警。

3.根据权利要求2所述的煤岩冲击地压动力灾害预警方法，其特征在于，方法包括：

S9：基础数据系统：地理信息系统实现矿井数字化管理；预警大数据库，主要存储相关预警指标所需信息数据；煤矿安全监控系统，主要用于上传声发射信号信息数据；

S10：煤岩冲击地压预警指标判识分析系统：地质、采掘动态管理系统，及时更新管理地质、采掘情况变化数据，为客观危险性指标提供依据；地质应力动态分析系统，随着采掘变化，及时更新管理矿井应力分布变化信息，为客观危险性指标提供依据；声发射实时监控预警系统，及时智能预警煤体应力、结构变化带来的冲击灾害，为客观危险性指标提供依据；综合防治措施管理系统，及时更新管理预测、防治措施实施情况数据，为客观危险性和防治措施缺陷指标提供依据；管理人员行为分析系统，及时更新管理人员行为数据，为管理隐患指标提供依据；综合客观危险性、防治措施缺陷及管理隐患指标进行复合型灾害预警预报；

S11：井下各种参数测定传感器提供数据采集，采用监控系统传感器、声发射传感器；

S12：地面预警服务器，用于存储预警信息数据；

S13：预警结果发布管理系统，通过网络、手机发布报警结果。