CN112377258A - 一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，利用井下已有的矿井微震监测系统，采集两个工作面同时进行回采过程中的多个矿震信号，并采用已知方法计算各个矿震震源的位置及能量，进而确定矿震数据超前统计区域，然后对矿震数据超前统计区域进行等分，得出多个倾向分区，统计各个倾向分区内矿震总能量及矿震总频次；并绘制出倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线，接着对两条曲线进行归一化处理，在归一化的矿震总能量和总频次变化曲线上分别标记出煤柱区域，并在煤柱区域内分别确定矿震总能量相对值和总频次相对值，最后根据标准对两个数值进行判断，得出同采工作面间采动影响程度。无需额外增加监测设备，保证评价的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，属于煤矿安全技术领域。
背景技术
随着浅部煤炭资源的日益枯竭，矿井大多转入深部开采，导致采场应力环境不断恶化，冲击地压等动力灾害频繁发生，严重威胁了矿井安全生产及人员生命安全。冲击地压等动力灾害的发生是采场围岩静载和顶板破断等动载共同作用的结果。工作面回采后，受支承压力作用，在周围煤岩体形成一定范围的应力集中区，若相邻两个工作面的距离较近，则会使应力集中区相互叠加，使工作面间煤岩体静载应力进一步升高，进而在两侧采动动载作用下，易诱发冲击地压等动力灾害。多数矿井尤其是新建矿井为保证矿井煤炭产量，均存在不同程度接续紧张、不同采(盘)区间多工作面同时回采的情况，为了保障生产安全，临近采(盘)区间或工作面之间普遍留设较大尺寸煤柱以降低相互采动影响。因此，临近采(盘)区工作面间采动影响程度的确定对于采(盘)区及工作面采掘布局优化、工作面回采参数(回采高度、回采速度等)设计及卸压解危措施的实施等至关重要。目前，临近采(盘)区工作面间采动影响程度研究方法主要有理论计算、数值计算、现场巷道矿压及应力监测等。理论计算和数值分析方法往往对现场条件进行了大量简化处理，难以真实反应煤层真实赋存环境，建立的计算模型所需相关参数难以确定，且这两种方法通常未考虑动载；现场矿压观测及应力监测等方法监测的对象只是回采巷道及其临近有限空间，不能实现对大尺寸煤柱深部煤岩体的有效监测，且受装备自身及安装环境影响较大，难以达到精确的监测效果。
目前，较多矿井尤其具有冲击地压等灾害危险矿井均安装了微震监测系统，能够实现矿井微震事件的有效监测,微震监测技术已是冲击地压等动力灾害研究的一个重要手段。但是目前还没有利用微震监测系统进行临近采(盘)区同采工作面间采动影响程度的评价方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，无需额外增加监测设备，能有效监测煤岩体静载和两工作面采动动载对煤柱区域的耦合影响，最终能精确的对临近采(盘)区同采工作面间采动影响程度进行评价。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，具体步骤为：
(1)先选择所需评价的矿井中相邻采区的两个回采工作面，分别确定为第一回采工作面和第二回采工作面；
(2)在第一回采工作面和第二回采工作面回采平齐时，确定为起始位置，此时第一回采工作面和第二回采工作面同时开始回采，然后利用矿井已有的微震监测系统采集一段时间内回采过程中的多个自然矿震信号，在该段时间内第一回采工作面的回采距离为l1和第二回采工作面的回采距离为l2，并将各个自然矿震信号采用已知处理方法确定各自的矿震震源位置及其能量；
(3)根据步骤(2)得出的矿震震源位置，确定处于第一回采工作面和第二回采工作面之间煤柱区域内的各个矿震震源位置，进而得出煤柱区域内矿震震源位置距离起始位置的最大值L，最终从起始位置沿走向前方距离为L内确定为矿震数据超前统计区域；
(4)将步骤(3)确定的矿震数据超前统计区域沿倾向方向按间距为a进行等分，从而划分出n个倾向分区，倾向分区数量的计算方法为：
其中，n为倾向分区数量，个；L1为第一回采工作面的倾向长度，m；L2为第二回采工作面的倾向长度，m；L3为第一回采工作面和第二回采工作面间煤柱区域的倾向长度，m；a为分区间距，m；
(5)根据步骤(2)得出的矿震震源位置及其能量，统计各个倾向分区内矿震总能量及矿震总频次；
(6)分别确定两个回采工作面所在采区中各自距离煤柱区域最远的巷道侧壁(即两个回采工作面所在采区最外侧的两个巷道侧壁)，选择其中一个巷道侧壁确定为原点位置，分别计算各个倾向分区的中线距原点位置的距离di，具体计算为：
以各个倾向分区的中线距原点位置的距离为横坐标，以各个倾向分区内矿震总能量和总频次为纵坐标，分别绘制出各个倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线；
(7)将步骤(6)绘制出的两条曲线数据除以各自纵坐标最大值进行归一化处理，分别得出矿震总能量归一化分布曲线和矿震总频次归一化分布曲线，具体公式为：
其中，Qmax为各个倾向分区中总频次最大值，个；Emax为各个倾向分区中总能量最大值，J；Qi为各个倾向分区的总频次，个；Ei为各个倾向分区的总能量，J；R(Qi)为各个倾向分区总频次除以总频次最大值的相对值；R(Ei)为各个倾向分区总能量除以总能量最大值的相对值；
(8)在归一化的矿震总能量和总频次变化曲线上分别标记出煤柱区域，并在煤柱区域内分别确定矿震总能量相对值RQ和总频次相对值RE为RQ\RE＝0.10的多个点，在多个点中选择煤柱区域中点两侧分别距离煤柱区域中点最近的两个点，将这两个点之间的距离确定为倾向距离D1；然后依次确定RQ\RE＝0.20的多个点和RQ\RE＝0.30的多个点，并重复上述过程，从而确定倾向距离D2和倾向距离D3，若D1>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为无；若D1≤3a且D2>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为弱；若D1≤3a、D2≤3a且D3>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为中等；若D1≤3a、D2≤3a、D3≤3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为强；从而分别得出同采工作面间矿震总能量采动影响程度和同采工作面间矿震总频次采动影响程度；取两者采动影响程度中的较高等级(由低到高的等级分别为无、弱、中等和强)作为同采工作面间采动影响程度。
进一步，所述步骤(2)中第一回采工作面和第二回采工作面在回采过程中分别保持其各自回采速度及回采高度不变，回采距离l1和l2均处于10m～30m范围内。
进一步，所述步骤(2)采集的自然矿震信号为通过已知方法将干扰波剔除后的矿震信号。
进一步，所述步骤(3)中的间距a为5m～10m，煤柱区域的倾向长度L3不小于50m。
与现有技术相比，本发明利用井下已有的矿井微震监测系统，采集两个工作面同时进行回采过程中的多个矿震信号，并采用已知方法计算各个矿震震源的位置及能量，进而确定矿震数据超前统计区域，然后对矿震数据超前统计区域进行等分，得出多个倾向分区，统计各个倾向分区内矿震总能量及矿震总频次；并绘制出倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线，接着对两条曲线进行归一化处理，在归一化的矿震总能量和总频次变化曲线上分别标记出煤柱区域，并在煤柱区域内分别确定矿震总能量相对值RQ和总频次相对值RE，最后根据标准对两个数值进行判断，得出同采工作面间采动影响程度。本发明可操作性强，实现了对微震监测数据进一步挖掘和应用，无需额外工程和资金投入即可确定临近采(盘)区同采工作面间采动影响程度，在指导采(盘)区及工作面采掘布局优化、工作面回采参数(回采高度、回采速度等)设计及卸压解危措施的实施方面具有重要意义。
附图说明
图1是本发明确定同采工作面间采动影响程度的计算过程示意图；
图2是本发明实施例1中第一回采工作面和第二回采工作面回采时的矿震分布图；
图3是本发明实施例1中各个倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线图；
图4是本发明实施例1中归一化后的矿震总能量和总频次变化曲线图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例1：本实施例针某新建矿井接续紧张，其二盘区中的205工作面和三盘区中的302工作面存在同时回采情况，205工作面倾向长度192m，302工作面倾向长度190m，两工作面间为规划的三盘区301工作面和二三盘区间煤柱，即确定为煤柱区域，倾向长度共380m。矿井煤层平均埋深超过900m，煤层具有强冲击倾向性，两工作面均具有强冲击危险，且工作面回采过程中发生过冲击显现，矿井已安装SOS微震监测系统，如图1所示，采用本发明确定二盘区205工作面和三盘区302工作面同采时两工作面间采动影响程度，具体步骤为：
(1)在三盘区302工作面和二盘区205工作面回采平齐时，确定为起始位置，然后采集两工作面同时生产5天(其中302工作面回采l1＝27.0m和205工作面回采l2＝17.2m)过程中的两工作面及中间煤柱区域的自然矿震信号，所述自然矿震信号为通过已知方法将干扰波剔除后的矿震信号，并将各个自然矿震信号采用已知处理方法确定各自的矿震震源位置及其能量，如图2所示；
(2)根据步骤(1)得出的矿震震源位置，确定处于三盘区302工作面和二盘区205工作面之间煤柱区域内的各个矿震震源位置，进而得出煤柱区域内矿震震源位置距离起始位置的最大值L＝260m，最终从起始位置沿走向前方距离为260m内确定为矿震数据超前统计区域；
(3)将步骤(1)确定的矿震数据超前统计区域沿倾向方向按间距为10m进行等分，从而划分出153个倾向分区；
(4)根据步骤(1)得出的矿震震源位置及其能量，统计各个倾向分区内矿震总能量及矿震总频次；
(5)选择302工作面运输顺槽外侧巷道侧壁确定为原点位置，计算各个倾向分区的中线距原点位置的距离di，分别为5m、10m、15m、···、745m、755m、765m，以此作为横坐标，以各个倾向分区内矿震总能量和总频次为纵坐标，分别绘制出各个倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线，如图3所示；
(6)将步骤(5)绘制出的两条曲线数据除以各自纵坐标最大值进行归一化处理，分别得出矿震总能量归一化分布曲线和矿震总频次归一化分布曲线，如图4所示，其中各个倾向分区中矿震总能量最大值为3.2×105J，总频次最大值为28个；
(7)在归一化的矿震总能量和总频次变化曲线上分别标记出302工作面和205工作面间380m煤柱区域，并在煤柱区域内分别确定矿震总能量相对值RQ和总频次相对值RE分别为RQ\RE＝0.10区域倾向距离D1为200m和160m，均>3a＝30m，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度均为无；最终确定302工作面和205工作面之间同采工作面间采动影响程度为无。
以上所述实施例仅为清楚说明本发明所作的举例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)先选择所需评价的矿井中相邻采区的两个回采工作面，分别确定为第一回采工作面和第二回采工作面；
(2)在第一回采工作面和第二回采工作面回采平齐时，确定为起始位置，此时第一回采工作面和第二回采工作面同时开始回采，然后利用矿井已有的微震监测系统采集一段时间内回采过程中的多个自然矿震信号，在该段时间内第一回采工作面的回采距离为l1和第二回采工作面的回采距离为l2，并将各个自然矿震信号采用已知处理方法确定各自的矿震震源位置及其能量；
(3)根据步骤(2)得出的矿震震源位置，确定处于第一回采工作面和第二回采工作面之间煤柱区域内的各个矿震震源位置，进而得出煤柱区域内矿震震源位置距离起始位置的最大值L，最终从起始位置沿走向前方距离为L内确定为矿震数据超前统计区域；
(4)将步骤(3)确定的矿震数据超前统计区域沿倾向方向按间距为a进行等分，从而划分出n个倾向分区，倾向分区数量的计算方法为：
其中，n为倾向分区数量，个；L1为第一回采工作面的倾向长度，m；L2为第二回采工作面的倾向长度，m；L3为第一回采工作面和第二回采工作面间煤柱区域的倾向长度，m；a为分区间距，m；
(5)根据步骤(2)得出的矿震震源位置及其能量，统计各个倾向分区内矿震总能量及矿震总频次；
(6)分别确定两个回采工作面所在采区中各自距离煤柱区域最远的巷道侧壁，选择其中一个巷道侧壁确定为原点位置，分别计算各个倾向分区的中线距原点位置的距离di，具体计算为：
以各个倾向分区的中线距原点位置的距离为横坐标，以各个倾向分区内矿震总能量和总频次为纵坐标，分别绘制出各个倾向分区的矿震总能量和总频次变化曲线；
(7)将步骤(6)绘制出的两条曲线数据除以各自纵坐标最大值进行归一化处理，分别得出矿震总能量归一化分布曲线和矿震总频次归一化分布曲线，具体公式为：
其中，Qmax为各个倾向分区中总频次最大值，个；Emax为各个倾向分区中总能量最大值，J；Qi为各个倾向分区的总频次，个；Ei为各个倾向分区的总能量，J；R(Qi)为各个倾向分区总频次除以总频次最大值的相对值；R(Ei)为各个倾向分区总能量除以总能量最大值的相对值；
(8)在归一化的矿震总能量和总频次变化曲线上分别标记出煤柱区域，并在煤柱区域内分别确定矿震总能量相对值RQ和总频次相对值RE为RQ\RE＝0.10的多个点，在多个点中选择煤柱区域中点两侧分别距离煤柱区域中点最近的两个点，将这两个点之间的距离确定为倾向距离D1；然后依次确定RQ\RE＝0.20的多个点和RQ\RE＝0.30的多个点，并重复上述过程，从而确定倾向距离D2和倾向距离D3，若D1>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为无；若D1≤3a且D2>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为弱；若D1≤3a、D2≤3a且D3>3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为中等；若D1≤3a、D2≤3a、D3≤3a，则同采工作面间矿震总能量/总频次采动影响程度为强；从而分别得出同采工作面间矿震总能量采动影响程度和同采工作面间矿震总频次采动影响程度；取两者采动影响程度中的较高等级作为同采工作面间采动影响程度。
2.根据权利要求1所述的一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中第一回采工作面和第二回采工作面在回采过程中分别保持其各自回采速度及回采高度不变，回采距离l1和l2均处于10m～30m范围内。
3.根据权利要求1所述的一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，其特征在于，所述步骤(2)采集的自然矿震信号为通过已知方法将干扰波剔除后的矿震信号。
4.根据权利要求1所述的一种临近采区同采工作面间采动影响程度的评价方法，其特征在于，所述步骤(3)中的间距a为5m～10m，煤柱区域的倾向长度L3不小于50m。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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