CN108194142A - 隐性裂隙带探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于煤矿作业区域内构造异常带监测技术领域，提供了一种隐性裂隙带探测方法，本发明是针对回采工作面内已有巷道通过但未见明显异常，回采过程中常常引发突水、应力集中、压架等安全生产事故的隐性裂隙带探测难题而发明的一种新的探测、分析方法。该方法是通过提前构建微震监测系统，对工作面回采过程中微震事件密集发育带位置、时间、形态特征、变化趋势等进行监测、分析、研究，提前查明隐性裂隙带空间位置，并对回采过程中可能发生的突水、应力集中、压架等事件进行预测、预警，从而为工作面回采安全提供技术依据，提高煤矿作业的安全性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿作业区域内构造异常带监测技术领域，尤其涉及一种隐性裂隙带探测方法。
背景技术
煤矿工作面内部及外围一定范围内，常常存在各种地质构造。当受到采动影响围岩应力场变化时，岩层会发生破裂、变形。
岩层发生破裂、错断，裂隙面两侧岩层连续性遭到破坏，产生明显位移，称之为断层。两侧岩层在裂隙面位置形成可观察到的一条及数条裂缝，但裂缝两侧岩层未发生明显错断时，称之为裂隙带或显性裂隙带。与显性裂隙带相对应，岩层发生破裂但巷道揭露未见明显错断和裂缝时，称之为隐性裂隙带。
由于隐性裂隙带位于工作面内部，直接受到工作面采动破坏影响，采线接近或通过该位置时，常常发生突水及应力异常、压架等事故，因此，对煤矿安全生产危害极大，而且，目前技术条件下，在工作面回采前巷道揭露、物探、钻探等方法均无法探明其存在。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种隐性裂隙带探测方法，以解决现有技术中隐性裂隙带影响煤矿安全生产的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种隐性裂隙带探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据工作区条件及巷道分布情况，构建井下微震监测系统；
(2)回采期间，对工作面内部及外围一定空间范围内形成的微震信号进行全空间的实时连续采集；
(3)对采集到的全部微震事件进行空间域、时间域聚类分析，确定微震事件空间密集带位置、形态、形成时间及与工作面采线变化的相关性；
(4)定义隐性裂隙带。
进一步地，所述微震监测系统采用矩形或环形等非线性全包围方式进行构建。
进一步地，所述微震监测系统中的微震检波器埋设深度大于巷道松动圈，相邻微震检波器水平间距为100m-150m，同一巷道上的微震检波器不在同一条直线上。
进一步地，所述步骤(2)中在工作面回采前完成微震监测系统的构建，并在工作面回采过程中始终保持对工作面采动影响范围内的微震事件进行实时连续监测。
进一步地，所述微震事件密集带位于工作面内部，且该位置有巷道穿过。
进一步地，微震密集带空间形态呈倾斜或直立板状展布，且在采线接近该位置时发生出水、应力集中、压架现象，采线通过该位置后，出水、应力集中和压架现象消失。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明是针对回采工作面内已有巷道通过但未见明显异常，回采过程中常常引发突水、应力集中、压架等安全生产事故的隐性裂隙带探测难题而发明的一种新的探测、分析方法。该方法是通过提前构建微震监测系统，对工作面过程中微震事件密集发育带位置、时间、形态特征、变化趋势等进行监测、分析、研究，提前查明隐性裂隙带空间位置，并对回采过程中可能发生的突水、应力集中、压架等进行预测、预警，从而为工作面回采安全提供技术依据，提高煤矿作业的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的隐性裂隙带探测方法的逻辑流程图；
图2是本发明实施例提供的微震监测系统工程布置图；
图3是本发明中采线接近和通过隐性裂隙带期间微震密集带平面位置图；
图4是本发明中采线接近和通过隐性裂隙带期间微震密集带剖面图；
图5是本发明中采线远离隐性裂隙带期间微震事件平面图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，为本发明实施例提供的隐性裂隙带探测方法的逻辑流程图，包括以下步骤：
(1)根据工作区条件及巷道分布情况，构建井下微震监测系统。
具体的，构建井下微震监测系统的方法如下：根据井下巷道条件，采用全包围方式布置微震检波器，检波器埋设深度要求大于巷道松动圈，相邻检波器水平间距控制在100-150m以内，同一巷道检波器不能分布在一条直线上、检波器底端朝向(方位角)要相差10°以上，铅垂方向高差要求大于2m。
更进一步的，请参考图2，微震检波器采用全包围的方式是指沿井下工作面已有巷道呈矩形或不规则形状进行全包围式布置微震检波器，所述的微震检波器通过专用电缆与采集分站连接，分站通过光缆接入井下环网再与地面微震主服务器连接，构成微震监测系统。
(2)回采期间，对工作面内部及外围一定空间范围内形成的微震信号进行全空间的实时连续采集。
在工作面回采前完成微震监测系统的构建，并在工作面回采过程中始终保持对工作面采动影响范围内的微震事件进行实时连续监测。
(3)对采集到的全部微震事件进行空间域、时间域聚类分析，确定微震事件空间密集带位置、形态、形成时间及与工作面采线变化的相关性。
微震密集带空间形态呈倾斜或直立板状展布，且在采线接近该位置时发生出水、应力集中、压架现象，采线通过该位置后，出水、应力集中和压架现象消失。微震事件密集带位于工作面内部，且该位置有巷道穿过。
(4)定义隐性裂隙带。
当微震事件密集带满足以下条件时，该密集带可定义为隐性裂隙带：
a、工作面采前巷道揭露、物探、钻探均证明该位置不存在地质、构造、物性、应力等异常；
b、该微震事件密集带在工作面开始回采后出现且空间位置固定；
c、其空间形态呈倾斜或直立板状展布；
d、在采线未触及该位置时密集带一直存在；
e、在采线接近该位置时发生出水、应力集中、压架等现象；
f、在采线经过该位置一定距离和时间后，该位置微震事件不再出现出水、应力集中、压架等现象消失。
下面以一个具体实施例进行说明。
利用提前构建完成的微震监测系统，在工作面回采期间可观测到工作面切眼外部150m附近存在一个微震密集带，如图3和图4所示。该密集带平面上呈条带状分布，横穿工作面下巷，长约130m、宽20m-30m；空间上呈倾斜状分布，倾角75°-80°，向上发育至工作面顶部75m、向下延伸至工作面底板65m。该密集带自2016年8月13日工作面回采开始一直存在，且在采线不断移动过程中密集带空间位置、形态基本不变。
该位置在工作面回采以前，下巷施工穿过该位置以及此后开展的综合物探工作均未发现任何异常，但受到工作面采动破坏影响，围岩应力场发生变化，应力在薄弱带集中显现，开始形成大量微震事件。
2016年10月16日，工作面回采120m，采线接近该密集带，发生突水，水量由6m3/h瞬间增大至60m3/h、96m3/h，最高达到144m3/h。
2017年11月12日，回采136m，工作面出现应力异常、集中来压，83个支架中有67个支架被压，最后通过人工切顶方式，缓慢推采通过。
2017年1月16日，工作面回采186m，采线远离该位置20m-30m，应力场恢复，微震密集带消失，突水及压架现象情况消失，如图5所示。
综合上述分析认为，该微震密集带为一典型的隐性裂隙带。
实际应用中，通过微震监测技术提前探明该隐性裂隙带的位置，指导现场提前施工泵窝、加大排水量、完善工作面排水系统、人工放炮切顶卸压等综合措施，有效消除了因盲目揭露隐性裂隙带引发的突水淹面、支架压死等安全风险。
目前，工作面已安全推采530m，取得良好技术效果。
本发明通过围绕工作面提前构建全包围式微震监测系统，并通过微震密集带时空展布、演变特征及其与采线位置关系分析，成功探明一处隐性裂隙带，并指导现场提前采取有针对性的工程技术措施，有效避免了因盲目揭露隐性裂隙带而引发的突水淹面、支架压死等安全生产事故。本发明可为其他类似矿井做好工作面回采期间防治水及支护工作提供技术依据，确保矿井生产安全。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种隐性裂隙带探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据工作区条件及巷道分布情况，构建井下微震监测系统；
(2)回采期间，对工作面内部及外围一定空间范围内形成的微震信号进行全空间的实时连续采集；
(3)对采集到的全部微震事件进行空间域、时间域聚类分析，确定微震事件空间密集带位置、形态、形成时间及与工作面采线变化的相关性；
(4)定义隐性裂隙带。
2.根据权利要求1所述的隐性裂隙带探测方法，其特征在于，所述微震监测系统采用矩形或环形等非线性全包围方式进行构建。
3.根据权利要求1所述的隐性裂隙带探测方法，其特征在于，所述微震监测系统中的微震检波器埋设深度大于巷道松动圈，相邻微震检波器水平间距为100m-150m，同一巷道上的微震检波器不在同一条直线上。
4.根据权利要求1所述的隐性裂隙带探测方法，其特征在于，所述步骤(2)中在工作面回采前完成微震监测系统的构建，并在工作面回采过程中始终保持对工作面采动影响范围内的微震事件进行实时连续监测。
5.根据权利要求1所述的隐性裂隙带探测方法，其特征在于，所述微震事件密集带位于工作面内部，且该位置有巷道穿过。
6.根据权利要求1所述的隐性裂隙带探测方法，其特征在于，微震密集带空间形态呈倾斜或直立板状展布，且在采线接近该位置时发生出水、应力集中、压架现象，采线通过该位置后，微震密集带以及出水、应力集中和压架现象消失。
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