CN112012797A - 一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法 - Google Patents

一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，通过对震动波信号的处理和分析，可以反演计算震动波的波速，震动波速与煤岩体的应力水平成正比例关系；因此在对煤岩体实施卸压措施前，先对待卸压区域的波速进行反演计算，再实施相应的卸压措施，然后对此区域卸压后的波速进行反演计算。可以通过计算卸压前后波速变化系数以及变化范围评估卸压效果，建立卸压效果评估指数D，D值大于0.5时认为卸压有效；当D值处于0.25～0.50范围内时，卸压效果弱，需补强卸压；当D值小于0.25时，卸压无效，需要重新卸压。能对整个冲击危险区域进行卸压效果评估，不存在探测盲区，而且其探测精度高，从而能实现对整个冲击危险区域卸压效果的准确评估。

Description

一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，属于煤矿安全技术领域。
背景技术
近年来，随着经济发展的需求，采矿往深部发展，地质条件复杂，冲击地压发生的频率越来越高。冲击地压是聚积在巷道和采场周围煤岩体中的应力能量突然释放，将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体震动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等动力现象。冲击地压还会引发或可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸，火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。为了防止冲击地压的发生，目前煤矿通常采用煤体卸压和深孔断顶爆破等多种防治手段进行卸压，从而降低煤体的冲击危险性。采用上述手段对煤体卸压后需要对煤体的卸压效果进行评估，目前主要依靠钻屑检测法和应力在线监测的方法，但是以上两种方法均为定点监测，无法覆盖卸压煤体的整个区域，从而存在监测盲区，因此不能准确评估整个卸压区域的效果。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，对冲击危险区域卸压前后分别进行波速反演，根据前后两次的波速分布变化情况能准确评估整个卸压区域的效果，为煤矿的后续卸压提供数据支撑。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，具体步骤为：
A、先采用已知勘探方法在煤矿内确定所需卸压的冲击危险区域的位置和范围，然后根据冲击危险区域的位置和范围确定波速反演区域，以冲击危险区域两端各向外延伸100m作为波速反演区域，使波速反演区域能够完全覆盖冲击危险区域，保证波速反演精度；
B、在波速反演区域对应的运输顺槽侧煤体内布置一排爆破钻孔，各个爆破钻孔处于同一水平面，并分别在各个爆破钻孔内装填炸药；
C、在波速反演区域对应的回风顺槽侧煤体内安装多个震动波接收装置，多个震动波接收装置处于同一水平面；
D、将各个爆破钻孔内的炸药依次起爆，多个震动波接收装置实时接收每次起爆后产生的震动波；
E、对接收到的震动波采用已知的波速反演方法进行分析处理，从而得到所需卸压的冲击危险区域的波速分布；
F、对所需卸压的冲击危险区域采用已知的卸压方法进行卸压处理；
G、完成对冲击危险区域的卸压处理后，在波速反演区域内再次重复步骤B至E，从而得到卸压后冲击危险区域的波速分布；
H、对比分析冲击危险区域卸压前后的波速变化判断卸压效果，卸压程度大小通过波速变化系数A进行表征，其中波速变化系数A通过下式计算得出：
Figure BDA0002664579580000021
式中：A为波速变化系数；VP1为爆破前的波速值；VP2为爆破后的波速值；从而获得冲击危险区域的波速变化系数A分布情况；
I、基于获得的波速变化系数A分布情况，计算出整个冲击危险区域中变化系数A大于10％区域的面积S，则确定面积S为有效卸压范围；
J、计算卸压效果评估指数D：
Figure BDA0002664579580000022
式中：S为有效卸压面积；SC为冲击危险区域面积；并且根据D值将卸压效果划分为极好、中等、弱、无效果四个等级，见下表：
Figure BDA0002664579580000023
当D值处于0～0.25范围内，确定为卸压无效果，需要采用已知的方法重新卸压；当D值处于0.25～0.50范围内，确定为卸压效果弱，需要采用已知的方法进行补强卸压；当D值大于0.5时，则确定达到卸压效果，从而完成冲击危险卸压效果的评估。
进一步，所述步骤B中每个爆破钻孔距底板1.2m，爆破钻孔的深度均为2m，相邻爆破钻孔的间距为4m，每个爆破钻孔的装药量均为200g。
进一步，所述步骤C中相邻震动波接收装置的间距均为4m；震动波接收装置为拾震传感器。
与现有技术相比，本发明通过人工爆破的方式激发震动波并利用拾震传感器接收震动波，然后对震动波信号的处理和分析，能反演计算震动波的波速，由于震动波速与煤岩体的应力水平成正比例关系，因此将波速反演范围覆盖整个冲击危险区，先在卸压之前对该区域进行波速反演获得该区域的波速分布情况，然后对该区域进行卸压处理，完成后再次对该区域进行波速反演获得该区域的波速分布情况，将两次波速分布情况进行比较分析，通过计算卸压前后波速变化系数以及变化范围评估整个冲击危险区域的卸压效果。因此本发明能对整个冲击危险区域进行卸压效果评估，不存在探测盲区，而且其探测精度高，从而能实现对整个冲击危险区域卸压效果的准确评估，为煤矿的后续卸压提供数据支撑。
附图说明
图1是本发明中冲击危险区域和波速反演区域位置示意图；
图2是本发明中爆破钻孔和震动波接收装置的布置示意图；
图3是本发明中通过反演得到的煤体波速分布示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明的具体步骤是：
A、先采用已知勘探方法在煤矿内确定所需卸压的冲击危险区域的位置和范围，然后根据冲击危险区域的位置和范围确定波速反演区域，以冲击危险区域两端各向外延伸100m作为波速反演区域，使波速反演区域能够完全覆盖冲击危险区域，保证波速反演精度；
B、在波速反演区域对应的运输顺槽侧煤体内布置一排爆破钻孔，各个爆破钻孔处于同一水平面，并分别在各个爆破钻孔内装填炸药。每个爆破钻孔距底板1.2m，爆破钻孔的深度均为2m，相邻爆破钻孔的间距为4m，每个爆破钻孔的装药量均为200g
C、在波速反演区域对应的回风顺槽侧煤体内安装多个震动波接收装置，多个震动波接收装置处于同一水平面。相邻震动波接收装置的间距均为4m；震动波接收装置为拾震传感器。
D、将各个爆破钻孔内的炸药依次起爆，多个震动波接收装置实时接收每次起爆后产生的震动波；
E、对接收到的震动波采用已知的波速反演方法进行分析处理，从而得到所需卸压的冲击危险区域的波速分布；
F、对所需卸压的冲击危险区域采用已知的卸压方法进行卸压处理；
G、完成对冲击危险区域的卸压处理后，在波速反演区域内再次重复步骤B至E，从而得到卸压后冲击危险区域的波速分布；
H、对比分析冲击危险区域卸压前后的波速变化判断卸压效果，卸压程度大小通过波速变化系数A进行表征，其中波速变化系数A通过下式计算得出：
Figure BDA0002664579580000041
式中：A为波速变化系数；VP1为爆破前的波速值；VP2为爆破后的波速值；从而获得冲击危险区域的波速变化系数A分布情况；
I、基于获得的波速变化系数A分布情况，能计算出整个冲击危险区域中变化系数A大于10％区域的面积S，则确定面积S为有效卸压范围；
J、计算卸压效果评估指数D：
Figure BDA0002664579580000042
式中：S为有效卸压面积；SC为冲击危险区域面积；并且根据D值将卸压效果划分为极好、中等、弱、无效果四个等级，见下表：
Figure BDA0002664579580000043
当D值处于0～0.25范围内，确定为卸压无效果，需要采用已知的方法重新卸压；当D值处于0.25～0.50范围内，确定为卸压效果弱，需要采用已知的方法进行补强卸压；当D值大于0.5时，则确定达到卸压效果，从而完成冲击危险卸压效果的评估。

Claims (3)

1.一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先采用已知勘探方法在煤矿内确定所需卸压的冲击危险区域的位置和范围，然后根据冲击危险区域的位置和范围确定波速反演区域，以冲击危险区域两端各向外延伸100m作为波速反演区域，使波速反演区域能够完全覆盖冲击危险区域，保证波速反演精度；
B、在波速反演区域对应的运输顺槽侧煤体内布置一排爆破钻孔，各个爆破钻孔处于同一水平面，并分别在各个爆破钻孔内装填炸药；
C、在波速反演区域对应的回风顺槽侧煤体内安装多个震动波接收装置，多个震动波接收装置处于同一水平面；
D、将各个爆破钻孔内的炸药依次起爆，多个震动波接收装置实时接收每次起爆后产生的震动波；
E、对接收到的震动波采用已知的波速反演方法进行分析处理，从而得到所需卸压的冲击危险区域的波速分布；
F、对所需卸压的冲击危险区域采用已知的卸压方法进行卸压处理；
G、完成对冲击危险区域的卸压处理后，在波速反演区域内再次重复步骤B至E，从而得到卸压后冲击危险区域的波速分布；
H、对比分析冲击危险区域卸压前后的波速变化判断卸压效果，卸压程度大小通过波速变化系数A进行表征，其中波速变化系数A通过下式计算得出：
Figure FDA0002664579570000011
式中：A为波速变化系数；VP1为爆破前的波速值；VP2为爆破后的波速值；从而获得冲击危险区域的波速变化系数A分布情况；
I、基于获得的波速变化系数A分布情况，计算出整个冲击危险区域中变化系数A大于10％区域的面积S，则确定面积S为有效卸压面积；
J、计算卸压效果评估指数D：
Figure FDA0002664579570000021
式中：S为有效卸压面积；SC为冲击危险区域面积；并且根据D值将卸压效果划分为极好、中等、弱、无效果四个等级，见下表：
Figure FDA0002664579570000022
当D值处于0～0.25范围内，确定为卸压无效果，需要采用已知的方法重新卸压；当D值处于0.25～0.50范围内，确定为卸压效果弱，需要采用已知的方法进行补强卸压；当D值大于0.5时，则确定达到卸压效果，从而完成冲击危险卸压效果的评估。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，其特征在于，所述步骤B中每个爆破钻孔距底板1.2m，爆破钻孔的深度均为2m，相邻爆破钻孔的间距为4m，每个爆破钻孔的装药量均为200g。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿冲击危险卸压效果的评估方法，其特征在于，所述步骤C中相邻震动波接收装置的间距均为4m；震动波接收装置为拾震传感器。
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