CN108952809A - 一种利用能量引导防治冲击地压的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用能量引导防治冲击地压的方法，涉及冲击地压的防治领域。本发明为了解决现有的让压式冲击地压防治方法存在安全隐患的问题。本发明在回采工作面超前支护区域布置声发射监测系统，利用声发射监测系统对回采工作面超前支护区域进行监测，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为特征单元体，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测；对若干个特征单元体进行独立动态监测，将超警戒线特征单元体和与其相邻的安全特征单元体应的区域作为弱势结构面，并在弱势结构面内设置能量引导槽，通过能量引导槽对能量超出警戒线的特征单元体的能量进行引导，从而避免冲击地压的的形成。本发明适用于冲击地压的防治。

Description

一种利用能量引导防治冲击地压的方法
技术领域
本发明涉及冲击地压的防治领域，具体涉及一种冲击地压的防治方法。
背景技术
冲击地压通常是指在高地应力作用条件下，煤体破坏所释放的变形能超过了破坏过程中所消耗的能量而引起的煤体以突然、急剧、剧烈的破坏为特征的动力现象，往往造成矿山设备的损坏、上百米的井巷破坏以及大量的人员伤亡，冲击地压已经成为制约我国煤矿安全生产的关键问题。冲击地压的发生过程是能量的瞬间释放过程，这个过程发生的前提是煤岩体内储存足够的弹性能量。回采工作面往往是冲击地压显现最为强烈的地方，因为随着回采工作的推进，超前支护区域储存的大量弹性能呈动态变化趋势，当某一区域煤岩体所积聚的弹性变形能瞬间超过自身所能承受的极限，即引起冲击地压的发生。
目前煤矿生产过程中防治冲击地压的方法大多是通过让压的方式，这些方法的核心思想是在能量发生大量积聚后将其释放掉，在能量释放过程中由于对能量的大小以及煤岩体内部节理裂隙很难做到精确的把握，以至于这些方法在实际应用中还是存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明为了解决现有的让压式冲击地压防治方法存在安全隐患的问题。
一种利用能量引导防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
在回采工作面超前支护区域布置声发射监测系统，利用声发射监测系统对回采工作面超前支护区域进行监测，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划(煤层侧壁)分为5n毫米×5n毫米的特征单元体(即在声发射监测系统中将特征单元体划分尺寸为5n毫米×5n毫米)，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测；n为取值的单元(即一个数值，作为一个单位进行计数)；对若干个特征单元体进行独立动态监测，并根据能量的警戒线值对特征单元体进行判断，将能量未超出警戒线的特征单元体作为安全特征单元体，将能量超出警戒线的特征单元体记为超警戒线特征单元体；将超警戒线特征单元体和与其相邻的安全特征单元体应的区域作为弱势结构面，并在弱势结构面内设置能量引导槽，通过能量引导槽对能量超出警戒线的特征单元体的能量进行引导，从而避免冲击地压的的形成。
进一步地，所述弱势结构面根据弱势程度共分为七类：
Ⅰ类弱势结构面的引导宽度为5n毫米，布置形式为在弱势结构面中心布置直径100毫米深20米的能量引导槽；
Ⅱ类弱势结构面的引导宽度为10n毫米，布置形式为在结构面自上到下布置两个直径100毫米深度30米的能量引导槽，两个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅲ类弱势结构面的引导宽度为15n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置三个直径100毫米深度40米的能量引导槽，三个能量引导槽之间相互间距5n毫米；
Ⅳ类弱势结构面的引导宽度为15n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度40米、直径100毫米深度40米且槽内注水、直径100毫米深度40米的能量引导槽三个，三个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅴ类弱势结构面的引导宽度20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅵ类弱势结构面的引导宽度20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅶ类弱势结构面的引导宽度为20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
七类弱势结构面的弱势程度从大到小依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，七类弱势结构面对能量的引导能力从强到弱依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ；由于能量在同种介质中传递将会朝着结构面较弱的方向传递，所以所述七种结构面同时布置在同一种介质中将会对介质中的能量传递起到引导作用。
进一步地，所述弱势结构面和能量引导槽的具体布置过程如下：
由于若干个特征单元体是通过回采煤层超前支护区域划分成的，所以能量可能不是仅仅存在一个特征单元体中，有时可能是存在相邻的几个特征单元体中，所以超出警戒线值的能量会有以下情况：
情况a.当声发射监测系统中出现一个特征单元体Di能量超出警戒线值时，则在特征单元体Di与其相邻且能量值最低的特征单元体Di-1(特征单元体Di相邻的特征单元体有8个相邻的特征单元体，选取能量最低的特征单元体，记作Di-1)之间布置Ⅰ类弱势结构面；由于能量在同种介质中传递时将会向着结构面较弱的方向传递，所以Di中积聚的较高弹性能w将会沿着含能量引导槽的弱势结构面传递到能量较低的Di-1中，从而使Di特征单元体中的能量值降到警戒线以下；
情况b.当声发射监测系统中出现两个特征单元体Di、Ei的能量超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅱ类、Ⅰ类弱势结构面；Di-2、Di-1、Ei-2、Ei-1整体构成Ⅱ类弱势结构面，分别在Di-2、Di-1之间和Ei-2、Ei-1之间布置Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽，在Di-1、Di、Ei-1和Ei四个特征单元体的交界处布置Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽；由于Ⅱ类弱势结构面的弱势程度大于Ⅰ类弱势结构面，所以Di、Ei积聚的较高弹性能w将会朝着Di-2、Ei-2方向传递到Di-2、Di-1、Ei-2和Ei-1中，从而使Di、Ei特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况c.当声发射监测系统中出现四个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅱ类和Ⅰ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置10n毫米处，能量引导槽分别从Ci-2、Ci-1、Di-2和Di-1四个特征单元体中心位置自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置5n毫米处，能量引导槽从Di-1、Di中间位置自上到下依次布置；Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽布置在Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置；弱势结构面的布置顺序依次为先布置Ⅳ再布置Ⅱ再布置Ⅰ；由于三种弱势面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，所以Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中积聚的较高弹性能w将会朝着弱势结构面Ⅳ的方向传递，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1四个特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况d.当声发射监测系统中出现六个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心10n毫米处，能量引导槽分别布置在Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1的中间位置；Ⅲ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心5n毫米处，能量引导槽分别布置在Di-1和Di、Ei-1和Ei、Fi-1和Fi的中间位置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽从Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体交界位置自上向下依次布置；弱势结构面的布置顺序为先布置Ⅳ再布置Ⅲ再布置Ⅱ；由于三种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅳ类方向的特征单元体内，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体内的能量值降到安全范围；
情况e.当声发射监测系统中出现十二个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅶ类、Ⅵ类、Ⅴ类、Ⅲ类、Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅶ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心3.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-4和Ci-3、Di-4和Di-3、Ei-4和Ei-3、Fi-4和Fi-3中间位置；Ⅵ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心2.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-3和Ci-2、Di-3和Di-2、Ei-3和Ei-2、Fi-3和Fi-2中间位置；Ⅴ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-2和Ci-1、Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1中间位置；Ⅲ类弱势结构面的能量引导槽分别从Ci-1、Ci、Di-1和Di交界处自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽分别布置在Di和Di+1、Ei和Ei+1的中间位置；弱势结构面的布置顺序依次为先布置Ⅶ再布置Ⅵ再布置Ⅴ再布置Ⅲ再布置Ⅱ；由于五种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以十二个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅶ类方向的特征单元体内，从而使超出警戒线值的特征单元体内的能量值降到安全范围。
进一步地，所述对若干个特征单元体进行独立动态监测的过程包括以下步骤：
在工作面超前支护20米区域内布置声发射监测系统；为了保证声发射监测系统良好的定位功能，在煤层侧壁上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一，每列间距为5米，探头的安装深度为3米；通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为5n毫米×5n毫米的特征单元体，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
进一步地，所述能量的警戒线值确定过程如下：
对煤层取样并加工成5n毫米×5n毫米×5n毫米的测试煤体进行加载测试，应力-应变曲线所围成的面积即测试煤体所能承载的极限能量，特征单元体所能承受的极限能量为：为了安全起见将特征单元体所能承受能量极限值的百分之八十设置为能量的警戒线值。
进一步地，所述取值的单元n为60或100，即n的取值为60或100；5n毫米表示300毫米或500毫米。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出一种从冲击地压发生根源上防治冲击地压发生的方法，即通过对开采煤层内积聚的能量进行动态监控，根据能量在同种介质中传递将向着结构面较弱的方向传递的原理，通过人工构筑弱势结构面将能量超出警戒线区域的能量引导至安全区域，以维持能量的动态平衡，防止局部能量过高发生冲击。经过试验仿真，利用本发明能够防治95％以上的冲击地压的发生，很大程度上消除了安全隐患。
附图说明
图1为回采巷道中的声发射探头布置俯视示意图；图中：1-回风平巷，2-回采工作面，3-采空区，4-煤层，5-运输平巷。
图2为回采巷道中的声发射探头布置煤层侧壁方向上的示意图(图1的A-A剖面)；
图3为回采工作面超前支护区域的俯视示意图；
图4为煤层侧壁方向上回采工作面超前支护区域的特征单元划分图(图3的A-A剖面)；
图5为含不同弱势结构面上的能量引导槽的布置图；
图6为一个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置俯视图；
图7为一个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置侧视图(图6的A-A剖面)；
图8为两个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置俯视图；
图9为两个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置侧视图(图8的A-A剖面)；
图10为四个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置俯视图；
图11为四个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置侧视图(图10的A-A剖面)；
图12为六个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置俯视图；
图13为六个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置侧视图(图12的A-A剖面)；
图14为九个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置俯视图；
图15为九个特征单元体能量超出警戒线值后含能量引导槽的弱势结构面布置侧视图(图14的A-A剖面)。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种利用能量引导防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
在回采工作面超前支护区域布置声发射监测系统，利用声发射监测系统对回采工作面超前支护区域进行监测，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划(煤层侧壁)分为500mm×500mm的特征单元体(即在声发射监测系统中将特征单元体划分尺寸为500mm×500mm)，如图3和图4所示，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测；对若干个特征单元体进行独立动态监测，并根据能量的警戒线值对特征单元体进行判断，将能量未超出警戒线的特征单元体作为安全特征单元体，将能量超出警戒线的特征单元体记为超警戒线特征单元体；将超警戒线特征单元体和与其相邻的安全特征单元体应的区域作为弱势结构面，并在弱势结构面内设置能量引导槽，通过能量引导槽对能量超出警戒线的特征单元体的能量进行引导，从而避免冲击地压的的形成。
具体实施方式二：
本实施方式的一种利用能量引导防治冲击地压的方法中，所述弱势结构面根据弱势程度共分为七类，七类弱势结构面的弱势程度从大到小依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，七类弱势结构面对能量的引导能力从强到弱依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ；由于能量在同种介质中传递将会朝着结构面较弱的方向传递，所以所述七种结构面同时布置在同一种介质中将会对介质中的能量传递起到引导作用。本发明中各弱势结构面上设置的能量引导槽，如图5所示，其中，Ⅰ类弱势结构面的引导宽度为500mm，布置形式为在弱势结构面中心布置直径100mm深20m的能量引导槽；
Ⅱ类弱势结构面的引导宽度为1000mm，布置形式为在结构面自上到下布置两个直径100mm深度30m的能量引导槽，两个能量引导槽之间间距500mm；
Ⅲ类弱势结构面的引导宽度为1500mm，布置形式为在结构面自上到下依次布置三个直径100mm深度40m的能量引导槽，三个能量引导槽之间相互间距500mm；
Ⅳ类弱势结构面的引导宽度为1500mm，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100mm深度40m、直径100mm深度40m且槽内注水、直径100mm深度40m的能量引导槽三个，三个能量引导槽之间间距500mm；
Ⅴ类弱势结构面的引导宽度2000mm，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100mm深度50m、直径100mm深度50m、直径100mm深度50m、直径100mm深度50m的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距500mm；
Ⅵ类弱势结构面的引导宽度2000mm，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100mm深度50m、直径100mm深度50m且槽内注水、直径100mm深度50m且槽内注水、直径100mm深度50m的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距500mm；
Ⅶ类弱势结构面的引导宽度为2000mm，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100mm深度50m且槽内注水、直径100mm深度50m且槽内注水、直径100mm深度50m且槽内注水、直径100mm深度50m且槽内注水的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距500mm。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：
本实施方式的一种利用能量引导防治冲击地压的方法中，所述弱势结构面和能量引导槽的具体布置过程如下：
由于若干个特征单元体是通过回采煤层超前支护区域划分成的，所以能量可能不是仅仅存在一个特征单元体中，有时可能是存在相邻的几个特征单元体中，所以超出警戒线值的能量会有以下情况：
情况a.如图6和图7所示，当声发射监测系统中出现一个特征单元体Di能量超出警戒线值时，则在特征单元体Di与其相邻且能量值最低的特征单元体Di-1(特征单元体Di相邻的特征单元体有8个相邻的特征单元体，选取能量最低的特征单元体，记作Di-1)之间布置Ⅰ类弱势结构面，由于回采煤层超前支护区域划分成若干个特征单元体中对应的最外侧一圈的特征单元体受到四边扰动的影响，或者在开采侧的采掘影响，回采煤层超前支护区域划分成若干个特征单元体中对应的最外侧一圈的特征单元体不会出现能量值最低的特征单元体，如图中，D38只是一个相对的位置，D38不会出现在工作面很近的地方，因为受工作面采动的影响，工作面近距离内是不会出现特征单元能量值超标的，如果出现会出现在工作面前方一定距离外的地方，可能会有周围能量值最小的特征单元在右侧情况。所以一般不用考虑特征单元体Di是回采煤层超前支护区域划分成若干个特征单元体中对应的最外侧一圈的特征单元体的情况(对应的情况b、情况c、情况d或情况e也不用考虑特征单元体出现在最外侧两圈或三圈的特征单元体的情况)；由于能量在同种介质中传递时将会向着结构面较弱的方向传递，所以Di中积聚的较高弹性能w将会沿着含能量引导槽的弱势结构面传递到能量较低的Di-1中，从而使Di特征单元体中的能量值降到警戒线以下；
情况b.如图8和图9所示，当声发射监测系统中出现两个特征单元体Di、Ei的能量超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅱ类、Ⅰ类弱势结构面；Di-2、Di-1、Ei-2、Ei-1整体构成Ⅱ类弱势结构面，分别在Di-2、Di-1之间和Ei-2、Ei-1之间布置Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽，在Di-1、Di、Ei-1和Ei四个特征单元体的交界处布置Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽；由于Ⅱ类弱势结构面的弱势程度大于Ⅰ类弱势结构面，所以Di、Ei积聚的较高弹性能w将会朝着Di-2、Ei-2方向传递到Di-2、Di-1、Ei-2和Ei-1中，从而使Di、Ei特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况c.如图10和图11所示，当声发射监测系统中出现四个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅱ类和Ⅰ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置1000mm处，能量引导槽分别从Ci-2、Ci-1、Di-2和Di-1四个特征单元体中心位置自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置500mm处，能量引导槽从Di-1、Di中间位置自上到下依次布置；Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽布置在Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置；弱势结构面的布置顺序依次为Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ；由于三种弱势面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，所以Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中积聚的较高弹性能w将会朝着弱势结构面Ⅳ的方向传递，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1四个特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况d.如图12和图13所示，当声发射监测系统中出现六个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心1000mm处，能量引导槽分别布置在Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1的中间位置；Ⅲ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心500mm处，能量引导槽分别布置在Di-1和Di、Ei-1和Ei、Fi-1和Fi的中间位置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽从Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体交界位置自上向下依次布置；弱势结构面的布置顺序为Ⅳ→Ⅲ→Ⅱ；由于三种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅳ类方向的特征单元体内，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体内的能量值降到安全范围；
情况e.如图14和图15所示，当声发射监测系统中出现十二个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅶ类、Ⅵ类、Ⅴ类、Ⅲ类、Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅶ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1750mm处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-4和Ci-3、Di-4和Di-3、Ei-4和Ei-3、Fi-4和Fi-3中间位置；Ⅵ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1250mm处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-3和Ci-2、Di-3和Di-2、Ei-3和Ei-2、Fi-3和Fi-2中间位置；Ⅴ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心750mm处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-2和Ci-1、Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1中间位置；Ⅲ类弱势结构面的能量引导槽分别从Ci-1、Ci、Di-1和Di交界处自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽分别布置在Di和Di+1、Ei和Ei+1的中间位置；弱势结构面的布置顺序依次为Ⅶ→Ⅵ→Ⅴ→Ⅲ→Ⅱ；由于五种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以十二个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅶ类方向的特征单元体内，从而使超出警戒线值的特征单元体内的能量值降到安全范围。
上述针对不同特征单元体超出警戒线值的处理方式不局限以上特征单元体的数量，五种特征单元体能量超出警戒线值的处理办法根据实际监测情况可以相互任意组合，以满足对不同数量的特征单元体进行能量引导。
其他步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：
本实施方式的一种利用能量引导防治冲击地压的方法中，所述对若干个特征单元体进行独立动态监测的过程包括以下步骤：
在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统；为了保证声发射监测系统良好的定位功能，在煤层侧壁上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一，每列间距为5m，探头的安装深度为3m，如图1和图2所示；通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
其他步骤与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：
本实施方式的一种利用能量引导防治冲击地压的方法中，所述能量的警戒线值确定过程如下：
对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm的测试煤体进行加载测试，应力-应变曲线所围成的面积即测试煤体所能承载的极限能量，特征单元体所能承受的极限能量为：为了安全起见将特征单元体所能承受能量极限值的百分之八十设置为能量的警戒线值。
其他步骤与具体实施方式一至四之一相同。
实施例
实施例一：
步骤1、在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统，为了保证声发射监测系统良好的定位功能在煤层上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一每列间距为5m探头的安装深度为3m，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
同时，特征单元警戒线值的确定通过对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm进行加载测试，设定能量的警戒线值。
步骤2、通过上述声发射监测系统的布置，以及特征单元的划分并对其进行值设置。如图6和图7所示，当监测系统中出现一个特征单元体D38能量超出警戒线值时，则在特征单元体D38与相邻能量值最低的特征单元体D37之间布置Ⅰ类弱势结构面。由于能量在同种介质中传递时将会向着结构面较弱的方向传递，所以D38中积聚的较高弹性能w将会沿着含能量引导槽的弱势结构面传递到能量较低的D37中，从而使D38特征单元体中的能量值降到警戒线以下。
实施例二：
步骤1、在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统，为了保证声发射监测系统良好的定位功能在煤层上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一每列间距为5m探头的安装深度为3m，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
同时，特征单元警戒线值的确定通过对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm进行加载测试，设定能量的警戒线值。
步骤2、当监测系统中出现两个特征单元体D38、E38的能量超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅱ类、Ⅰ类弱势结构面。如图8和图9所示，分别在D36、D37之间和E36、E37之间布置Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽，在D37、D38、E37和E38四个特征单元体的交界处布置Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽。由于Ⅱ类弱势结构面的弱势程度大于Ⅰ类弱势结构面，所以D38、E38积聚的较高弹性能w将会朝着D36、E36方向传递到D36、D37、E36和E37中，从而使D38、E38特征单元体内的能量值降到警戒线以下。
实施例三：
步骤1、在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统，为了保证声发射监测系统良好的定位功能在煤层上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一每列间距为5m探头的安装深度为3m，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
同时，特征单元警戒线值的确定通过对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm进行加载测试，设定能量的警戒线值。
步骤2、监测系统中出现四个特征单元体的能量值超过警戒线值，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅱ类和Ⅰ类弱势结构面。弱势结构面的布置形式如图10和图11所示，其中Ⅳ类弱势结构面布置在距离D38、D39、E38和E39四个特征单元体中心位置1000mm处，能量引导槽分别从C36、C37、D36和D37四个特征单元体中心位置自上向下依次布置。Ⅱ类弱势结构面布置在距离D38、D39、E38和E39四个特征单元体中心位置500mm处，能量引导槽从D37、D38中间位置自上到下依次布置。Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽布置在D38、D39、E38和E39四个特征单元体中心位置。弱势结构面的布置顺序依次为Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ。由于三种弱势面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，所以D38、D39、E38和E39四个特征单元体中积聚的较高弹性能w将会朝着弱势结构面Ⅳ的方向传递，从而使D38、D39、E38、E39四个特征单元体内的能量值降到警戒线以下。
实施例四：
步骤1、在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统，为了保证声发射监测系统良好的定位功能在煤层上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一每列间距为5m探头的安装深度为3m，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
同时，特征单元警戒线值的确定通过对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm进行加载测试，设定能量的警戒线值。
步骤2、监测系统中出现六个特征单元体的能量值超过警戒线值，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅱ类弱势结构面。弱势结构面的布置形式如图12和图13所示，其中Ⅳ类弱势结构面布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心1000mm处，能量引导槽分别布置在D36和D37、E36和E37、F36和F37的中间位置。Ⅲ类弱势结构面布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心500mm处，能量引导槽分别布置在D37和D38、E37和E38、F37和F38的中间位置。Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽从D38、D39、E38和E39四个特征单元交界位置自上向下依次布置。弱势结构面的布置顺序为Ⅳ→Ⅲ→Ⅱ。由于三种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以D38、D39、E38、E39、F38、F39六个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅳ类方向的特征单元体内，从而使D38、D39、E38、E39、F38、F39六个特征单元体内的能量值降到安全范围。
实施例五：
步骤1、在工作面超前支护20m区域内布置声发射监测系统，为了保证声发射监测系统良好的定位功能在煤层上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一每列间距为5m探头的安装深度为3m，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为500mm×500mm的特征单元体并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
同时，特征单元警戒线值的确定通过对煤层取样并加工成500mm×500mm×500mm进行加载测试，设定能量的警戒线值。
步骤2、监测系统中出现十二个特征单元体的能量值超过警戒线值，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅶ类、Ⅵ类、Ⅴ类、Ⅲ类、Ⅱ类弱势结构面。弱势结构面的布置形式如图14和图15所示，其中Ⅶ类弱势结构面布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1750mm处，能量引导槽自上向下依次布置在C34和C35、D34和D35、E34和E35、F34和F35中间位置。Ⅵ类弱势结构面布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1250mm处，能量引导槽自上向下依次布置在C35和C36、D35和D36、E35和E36、F35和F36中间位置。Ⅴ类弱势结构面布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心750mm处，能量引导槽自上向下依次布置在C36和C37、D36和D37、E36和E37、F36和F37中间位置。Ⅲ类弱势结构面的能量引导槽分别从C37、C38、D37和D38交界处自上向下依次布置。Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽分别布置在D38和D39、E38和E39的中间位置。弱势结构面的布置顺序依次为Ⅶ→Ⅵ→Ⅴ→Ⅲ→Ⅱ。由于五种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以十二个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅶ类方向的特征单元体内，从而使超出警戒线值的特征单元体内的能量值降到安全范围。
上述针对不同特征单元体超出警戒线值的处理方式不局限以上特征单元体的数量，五种特征单元体能量超出警戒线值的处理办法根据实际监测情况可以相互任意组合，以满足对不同数量的特征单元体进行能量引导。

Claims (7)

1.一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在回采工作面超前支护区域布置声发射监测系统，利用声发射监测系统对回采工作面超前支护区域进行监测，通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为5n毫米×5n毫米的特征单元体，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测；n为取值的单元；对若干个特征单元体进行独立动态监测，并根据能量的警戒线值对特征单元体进行判断，将能量未超出警戒线的特征单元体作为安全特征单元体，将能量超出警戒线的特征单元体记为超警戒线特征单元体；将超警戒线特征单元体和与其相邻的安全特征单元体应的区域作为弱势结构面，并在弱势结构面内设置能量引导槽，通过能量引导槽对能量超出警戒线的特征单元体的能量进行引导，从而避免冲击地压的的形成。
2.根据权利要求1所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述弱势结构面根据弱势程度共分为七类：
Ⅰ类弱势结构面的引导宽度为5n毫米，布置形式为在弱势结构面中心布置直径100毫米深20米的能量引导槽；
Ⅱ类弱势结构面的引导宽度为10n毫米，布置形式为在结构面自上到下布置两个直径100毫米深度30米的能量引导槽，两个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅲ类弱势结构面的引导宽度为15n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置三个直径100毫米深度40米的能量引导槽，三个能量引导槽之间相互间距5n毫米；
Ⅳ类弱势结构面的引导宽度为15n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度40米、直径100毫米深度40米且槽内注水、直径100毫米深度40米的能量引导槽三个，三个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅴ类弱势结构面的引导宽度20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅵ类弱势结构面的引导宽度20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
Ⅶ类弱势结构面的引导宽度为20n毫米，布置形式为在结构面自上到下依次布置直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水、直径100毫米深度50米且槽内注水的能量引导槽四个，四个能量引导槽之间间距5n毫米；
七类弱势结构面的弱势程度从大到小依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，七类弱势结构面对能量的引导能力从强到弱依次为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ﹥Ⅰ。
3.根据权利要求2所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述弱势结构面和能量引导槽的具体布置过程如下：
情况a.当声发射监测系统中出现一个特征单元体Di能量超出警戒线值时，则在特征单元体Di与其相邻且能量值最低的特征单元体Di-1之间布置Ⅰ类弱势结构面；由于能量在同种介质中传递时将会向着结构面较弱的方向传递，所以Di中积聚的较高弹性能w将会沿着含能量引导槽的弱势结构面传递到能量较低的Di-1中，从而使Di特征单元体中的能量值降到警戒线以下；
情况b.当声发射监测系统中出现两个特征单元体Di、Ei的能量超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅱ类、Ⅰ类弱势结构面；Di-2、Di-1、Ei-2、Ei-1整体构成Ⅱ类弱势结构面，分别在Di-2、Di-1之间和Ei-2、Ei-1之间布置Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽，在Di-1、Di、Ei-1和Ei四个特征单元体的交界处布置Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽；由于Ⅱ类弱势结构面的弱势程度大于Ⅰ类弱势结构面，所以Di、Ei积聚的较高弹性能w将会朝着Di-2、Ei-2方向传递到Di-2、Di-1、Ei-2和Ei-1中，从而使Di、Ei特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况c.当声发射监测系统中出现四个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅱ类和Ⅰ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置10n毫米处，能量引导槽分别从Ci-2、Ci-1、Di-2和Di-1四个特征单元体中心位置自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面中心布置在距离Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置5n毫米处，能量引导槽从Di-1、Di中间位置自上到下依次布置；Ⅰ类弱势结构面的能量引导槽布置在Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中心位置；弱势结构面的布置顺序依次为：先布置Ⅳ再布置Ⅱ在布置Ⅰ；由于三种弱势面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅱ﹥Ⅰ，所以Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体中积聚的较高弹性能w将会朝着弱势结构面Ⅳ的方向传递，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1四个特征单元体内的能量值降到警戒线以下；
情况d.当声发射监测系统中出现六个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅳ类、Ⅲ类和Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅳ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心10n毫米处，能量引导槽分别布置在Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1的中间位置；Ⅲ类弱势结构面中心布置在距离六个能量超出警戒线值的特征单元体中心5n毫米处，能量引导槽分别布置在Di-1和Di、Ei-1和Ei、Fi-1和Fi的中间位置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽从Di、Di+1、Ei和Ei+1四个特征单元体交界位置自上向下依次布置；弱势结构面的布置顺序为：先布置Ⅳ再布置Ⅲ在布置Ⅱ；由于三种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅳ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅳ类方向的特征单元体内，从而使Di、Di+1、Ei、Ei+1、Fi、Fi+1六个特征单元体内的能量值降到安全范围；
情况e.当声发射监测系统中出现十二个特征单元体的能量值超过警戒线值时，则在周围特征单元体能量值最低的方向上依次布置Ⅶ类、Ⅵ类、Ⅴ类、Ⅲ类、Ⅱ类弱势结构面；其中Ⅶ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心3.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-4和Ci-3、Di-4和Di-3、Ei-4和Ei-3、Fi-4和Fi-3中间位置；Ⅵ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心2.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-3和Ci-2、Di-3和Di-2、Ei-3和Ei-2、Fi-3和Fi-2中间位置；Ⅴ类弱势结构面中心布置在距离十二个能量超出警戒线值的特征单元体中心1.5n毫米处，能量引导槽自上向下依次布置在Ci-2和Ci-1、Di-2和Di-1、Ei-2和Ei-1、Fi-2和Fi-1中间位置；Ⅲ类弱势结构面的能量引导槽分别从Ci-1、Ci、Di-1和Di交界处自上向下依次布置；Ⅱ类弱势结构面的能量引导槽分别布置在Di和Di+1、Ei和Ei+1的中间位置；弱势结构面的布置顺序依次为先布置Ⅶ再布置Ⅵ再布置Ⅴ再布置Ⅲ再布置Ⅱ；由于五种弱势结构面的弱势程度大小为Ⅶ﹥Ⅵ﹥Ⅴ﹥Ⅲ﹥Ⅱ，所以十二个特征单元体中积聚的较高能量w将会被引导至Ⅶ类方向的特征单元体内，从而使超出警戒线值的特征单元体内的能量值降到安全范围。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述对若干个特征单元体进行独立动态监测的过程包括以下步骤：
在工作面超前支护20米区域内布置声发射监测系统；在煤层侧壁上布置两排声发射探头，每排间距为煤层高度的三分之一，每列间距为5米，探头的安装深度为3米；通过声发射系统的监测定位功能将超前支护区域划分为5n毫米×5n毫米的特征单元体，并对每个特征单元体的能量值进行动态监测。
5.根据权利要求4所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述能量的警戒线值确定过程如下：
对煤层取样并加工成5n毫米×5n毫米×5n毫米的测试煤体进行加载测试，应力-应变曲线所围成的面积即测试煤体所能承载的极限能量，特征单元体所能承受的极限能量为：将特征单元体所能承受能量极限值的百分之八十设置为能量的警戒线值。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述取值的单元n为60或100，即n的取值为60或100；5n毫米表示300毫米或500毫米。
7.根据权利要求5所述的一种利用能量引导防治冲击地压的方法，其特征在于，所述取值的单元n为60或100，即n的取值为60或100；5n毫米表示300毫米或500毫米。
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