CN113914932B - 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 - Google Patents
利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113914932B CN113914932B CN202010654402.9A CN202010654402A CN113914932B CN 113914932 B CN113914932 B CN 113914932B CN 202010654402 A CN202010654402 A CN 202010654402A CN 113914932 B CN113914932 B CN 113914932B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- area
- gas outburst
- vibration
- danger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000003325 tomography Methods 0.000 title claims description 17
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 4
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 3
- 238000011002 quantification Methods 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229960001948 caffeine Drugs 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N trimethylxanthine Natural products CN1C(=O)N(C)C(=O)C2=C1N=CN2C RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，包括以下步骤：步骤1，安装微震监测系统；步骤2，利用微震监测系统采集分析震动波传播信息和震源多维震动信息；步骤3，采用震动波波速信息对煤岩层的断层扫描，利用震动波波速异常系数区域预测应力异常区Q1；利用微震频次、震源集中度等预测地质异常区Q2，采用微震能量、频次等动态识别采掘扰动异常区Q3；步骤4，将Q1、Q2和Q3共同组成煤与瓦斯突出危险区域Q；步骤5，利用突出综合预警指数I综定量化确定煤与瓦斯突出危险区域的危险程度，并进行煤与瓦斯突出危险分级；步骤6，根据不同危险级别制定相应的防治措施。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿煤与瓦斯突出灾害的区域预测和定量化预警技术领域，具体为利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中最主要灾害之一，是造成煤矿瓦斯事故多发、重大人员伤亡和财产损失的主要原因，发达国家普遍暂缓开发突出矿井。煤与瓦斯突出的实质是应力驱动下的流变-突变过程，煤与瓦斯突出事故多发生高应力区、地质异常区等。随着我国煤矿开采深度的快速增加(延伸速度平均约20米/年)，地应力逐渐增大、地质构造异常复杂，煤与瓦斯突出灾害呈现日趋增大的趋势，低参数突出、低指标突出及顶底板岩巷突出等时有发生。这些均使得煤与瓦斯突出预测与治理的难度越来越大。
煤与瓦斯突出危险性的准确预测是进行突出危险防治的关键。目前，我国煤矿普遍采用“区域突出危险性预测”与“局部工作面突出危险性预测”相结合的煤与瓦斯突出危险性预测方法。矿井区域突出危险性预测的方法有指标预测法、地质预测法、物探法等，局部工作面预测则主要依靠钻屑瓦斯解吸指标、复合(q，s)指标、R值指标等方法。上述方法主要以监测煤层瓦斯涌出等指标为主，在时、空维度上均为抽检、定点式指标，难以反映煤与瓦斯突出危险区域性分布、连续性动态演化过程。
煤与瓦斯突出的实质是应力驱动下的流变-突变过程。然而，在煤与瓦斯突出危险性的监测预警领域，目前仍以监测煤层瓦斯涌出等指标为主，尚未建立综合考虑区域应力场、开采扰动强度及煤岩破裂特征的动态实时探测预警技术方法。因此，建立一种能够对突出危险煤层区域应力场可视化探测、开采扰动强度动态实时监测的技术方法，对提高煤与瓦斯突出探测预警准确率，实施防治措施的针对性具有重要意义。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，包括以及，包括以下步骤：
步骤1，安装微震监测系统，在井下待监测区域附近布置拾震器；
步骤2，利用微震监测系统采集分析震动波传播信息和震源多维震动信息；
步骤3，采用震动波波速信息对煤岩层的断层扫描，利用震动波波速异常系数区域预测应力异常区Q1；利用微震频次、震源集中度等预测地质异常区Q2，采用微震能量、频次等动态识别采掘扰动异常区Q3；
步骤4，将Q1、Q2和Q3共同组成煤与瓦斯突出危险区域Q，即Q＝Q1∪Q2∪Q3；
步骤5，利用突出综合预警指数I综定量化确定煤与瓦斯突出危险区域的危险程度，并进行煤与瓦斯突出危险分级；
步骤6，根据不同危险级别制定相应的防治措施。
与现有技术相比，本发明提供了利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，具备以下有益效果：
本发明提供的利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其通过研究分析微震监测系统监测到的震源多维震动信息与震动波传播信息，实现煤与瓦斯突出应力异常区、地质异常区、采掘扰动异常区的区域预测与动态监测，并通过能量E、日累计能量∑E、日累计频次、频次偏差值DP(t)特征参量定量化确定煤与瓦斯突出危险区域的危险程度，实现了突出危险煤层区域应力场空间的可视化探测，地质异常区、开采扰动强度的动态实时监测，实现了煤与瓦斯突出危险区的定量化预警，为矿井安全生产起到积极作用。
附图说明
图1是某一待监测区域微震拾震器布置图；
图2是震动波断层扫描可靠区域示意图；
图3为微震布置系统监测得到的微震事件平面分布图；
图4为自然微震事件频次、能量大小与地质构造距离的关系；
图5是实施例探测得到的应力异常区分布图；
图6是震动波断层扫描识别突出危险区流程图；
图7应力集中区、地质异常区、扰动区空间位置关系示意图。
具体实施方式
参照图1-7，本发明提供一种技术方案：利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，安装微震监测系统，在井下待监测区域附近布置拾震器；如附图1所示，在某一待测区域11224工作面的周围211运输石门、1721大巷、主平硐、11224运输巷内总计布置了8个微震拾震器，对待监测11224工作面区域形成了有效的包围，震动波断层扫描的有效区域原理见附图2所示，图中1为微震拾震器，2为震源位置，3为可靠监测区域。
步骤2，利用微震监测系统采集分析震动波传播信息和震源多维震动信息；利用微震监测系统采集分析震动事件能量、频次、三维坐标等震源多维震动信息，附图3所示为图1所示微震布置系统监测得到的微震事件平面分布图，附图4为图1所示微震布置系统监测得到的自然微震事件频次、能量随地质构造距离的变化，图中自距地质异常边缘100m开始出现自然震源微震事件，距地质异常60～70m位置开始自然震源微震信号数量显著增加；距地质异常30m时，监测到的自然震源微震频次异常频繁，平均日频次为2～3次。
步骤3，采用震动波波速信息对煤岩层的断层扫描，利用震动波波速异常系数区域预测应力异常区Q1；利用微震频次、震源集中度等预测地质异常区Q2，采用微震能量、频次等动态识别采掘扰动异常区Q3；
步骤4，将Q1、Q2和Q3共同组成煤与瓦斯突出危险区域Q，即Q＝Q1∪Q2∪Q3；
探测确定的应力集中区Q1、地质异常区Q2、强采掘扰动区Q3在空间范围的关系并非完全相互独立，如附图7所示，当地质异常区、强采掘扰动区、应力集中区三者重合时，此区域的煤与瓦斯突出危险性最高。
步骤5，利用突出综合预警指数I综定量化确定煤与瓦斯突出危险区域的危险程度，并进行煤与瓦斯突出危险分级；
步骤6，根据不同危险级别制定相应的防治措施。
本实施例中，所述步骤1中，拾震器安装在待监测区域的外围巷道，数量不少于5个，拾震器两两间距不超过500m，且拾震器阵列对监测区域形成空间立体包围。
本实施例中，所述步骤2中，震动波传播信息指震动波传播速度、震动波波速异常系数等，震源多维震动信息包括煤岩体破坏诱发的震动事件能量、频次、三维坐标、震源集中度等。
本实施例中，所述步骤3中，利用震动波波速异常系数An指标预测应力异常区Q1，利用频次、震源集中度q等指标预测地质异常区Q2，各指标计算方法如下：
式中，v——反演区域一点的纵波波速值；
λ1、λ2、λ3为震源分布坐标参量x，y，z协方差矩阵的特征根。
附图5所示为利用震动波波速信息探测得到的波速异常系数An的分布图，探测得到的波速异常系数分布与理论应力分布特征相一致，验证了利用波速异常系数预测应力异常区的可靠性。
本实施例中，所述步骤3中，采掘扰动区域内是否存在异常由震动事件能量大小判定；统计分析以采掘扰动位置为球心，半径为100m范围的立体空间内的震动事件能量大小及日累计能量大小，当符合下式判别准则时，认为该区域为采掘扰动异常区：
式中，E——单个震动事件能量，单位J；
∑E——日累计震动事件能量，单位J。
如附图6所示为利用震动波断层扫描探测应力异常区Q1、地质异常区Q2及采掘扰动异常区Q3，最终确定煤与瓦斯突出危险区的流程图。
本实施例中，所述步骤5中，所述的突出综合预警指数I综的计算方法如下：
式中，i——第i个特征参量；
λi(t)——微震监测数据提取的特征参量在监测时段t内的异常隶属度，计算方式为
xi(t)为第i个参量在t时刻的特征参量取值；
wi——相应特征参量的预测信度；
上述λi(t)采用的微震监测数据特征参量包含微震能量E、日累计能量∑E、日累计频次、频次偏差值DP(t)等指标。
本实施例中，所述步骤5中，煤与瓦斯突出危险分级方法为：
当0≤I综≤0.25时，为无危险状态；
当0.25＜I综≤0.5时，为弱危险状态；
当0.5＜I综≤0.75时，为中危险状态；
当0.75＜I综≤1时，为强危险状态。
本实施例中，所述步骤6中，根据不同危险级别制定相应的防治措施，
可以根据表1采取相应的措施。
表1煤与瓦斯突出危险状态与防治措施表
通过本发明方法，采用震动波断层扫描实现了煤层区域应力场的可视化探测、开采扰动强度动态实时监测，识别了煤与瓦斯突出危险区，同时采用突出综合预警指数I综作为预警指标对监测区域进行煤与瓦斯突出危险预警，实现了煤与瓦斯突出危险的综合预警，且准确性高、操作简单、可实现编程操作，为我国煤与瓦斯突出灾害的区域预测预警奠定了基础。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，安装微震监测系统，在井下待监测区域附近布置拾震器；
步骤2，利用微震监测系统采集分析震动波传播信息和震源多维震动信息；
步骤3，采用震动波波速信息对煤岩层的断层扫描，利用震动波波速异常系数区域预测应力异常区Q1；利用微震频次、震源集中度预测地质异常区Q2，采用微震能量、频次动态识别采掘扰动异常区Q3；
步骤4，将Q1、Q2和Q3共同组成煤与瓦斯突出危险区域Q，即Q＝Q1∪Q2∪Q3；
步骤5，利用突出综合预警指数I综定量化确定煤与瓦斯突出危险区域的危险程度，并进行煤与瓦斯突出危险分级；
步骤6，根据不同危险级别制定相应的防治措施；
所述步骤2中，震动波传播信息指震动波传播速度、震动波波速异常系数，震源多维震动信息包括煤岩体破坏诱发的震动事件能量、频次、三维坐标、震源集中度；
所述步骤3中，利用震动波波速异常系数An指标预测应力异常区Q1，利用频次、震源集中度q指标预测地质异常区Q2，各指标计算方法如下：
式中，v——反演区域一点的纵波波速值；
λ1、λ2、λ3为震源分布坐标参量x，y，z协方差矩阵的特征根；
所述步骤3中，采掘扰动区域内是否存在异常由震动事件能量大小判定；统计分析以采掘扰动位置为球心，半径为100m范围的立体空间内的震动事件能量大小及日累计能量大小，当符合下式判别准则时，认为该区域为采掘扰动异常区：
式中，E——单个震动事件能量，单位J；
∑E——日累计震动事件能量，单位J。
2.根据权利要求1所述的利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于：所述步骤1中，拾震器安装在待监测区域的外围巷道，数量不少于5个，拾震器两两间距不超过500m，且拾震器阵列对监测区域形成空间立体包围。
3.根据权利要求1所述的利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于：所述步骤5中，所述的突出综合预警指数I综的计算方法如下：
式中，i——第i个特征参量；
λi(t)——微震监测数据提取的特征参量在监测时段t内的异常隶属度，计算方式为
xi(t)为第i个参量在t时刻的特征参量取值；
wi——相应特征参量的预测信度；
上述λi(t)采用的微震监测数据特征参量包含微震能量E、日累计能量∑E、日累计频次、频次偏差值DP(t)指标。
4.根据权利要求1所述的利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于：所述步骤5中，煤与瓦斯突出危险分级方法为：
当0≤I综≤0.25时，为无危险状态；
当0.25＜I综≤0.5时，为弱危险状态；
当0.5＜I综≤0.75时，为中危险状态；
当0.75＜I综≤1时，为强危险状态。
5.根据权利要求1所述的利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法，其特征在于：所述步骤6中，根据不同危险级别制定相应的防治措施，
当煤与瓦斯突出综合预警结果为无危险状态时，矿井下正常进行设计及生产作业；
当煤与瓦斯突出综合预警结果为弱危险状态时，需要配备必要的监测检验、治理设备，并制定监测和治理方案，作业中进行煤与瓦斯突出危险监测、消突措施和效果检验；
当煤与瓦斯突出综合预警结果为中危险状态时，需要配备完备区域与局部的监测检验设备和治理装备，且作业前严格采取局部综合防突措施，并设置人员限制区域、确定避灾路线，以及制定监测和治理方案，作业中进行煤与瓦斯突出危险监测、消突措施和效果检验；
当煤与瓦斯突出综合预警结果为强危险状态时，至少需要配备完备区域与局部的监测检验设备和治理装备，且作业前对工作面前方及煤层巷道迎头实施全面区域与局部防突措施，经检验煤与瓦斯突出危险解除后方可进行作业，并设置躲避硐室、人员限制区域、确定避灾路线，以及制定监测和治理方案，作业中加强煤与瓦斯突出危险的监测、消突措施和效果检验。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010654402.9A CN113914932B (zh) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010654402.9A CN113914932B (zh) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113914932A CN113914932A (zh) | 2022-01-11 |
| CN113914932B true CN113914932B (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=79231841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010654402.9A Active CN113914932B (zh) | 2020-07-08 | 2020-07-08 | 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113914932B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115075867B (zh) * | 2022-07-04 | 2023-03-21 | 北京科技大学 | 低渗透突出危险煤层区域精准卸压与强化瓦斯抽采方法 |
| CN115075886B (zh) * | 2022-07-26 | 2022-11-08 | 北京科技大学 | 煤巷掘进全周期多尺度突出危险时空预警与消突检验方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103306722B (zh) * | 2013-06-21 | 2015-08-05 | 中国矿业大学 | 一种冲击危险区的微震多维信息综合区域探测评价方法 |
| CN104850897A (zh) * | 2015-02-25 | 2015-08-19 | 中国矿业大学 | 一种基于地震信息的煤与瓦斯突出的预测方法 |
| CN106777772B (zh) * | 2017-01-09 | 2019-11-12 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于煤岩动力系统的矿井冲击地压危险性预测方法 |
| CN107605536B (zh) * | 2017-11-02 | 2019-04-16 | 湖南科技大学 | 基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法 |
| CN109711632B (zh) * | 2018-12-29 | 2023-04-18 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于瓦斯涌出异常敏感指标的煤与瓦斯突出预测方法 |
| CN110552740A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-10 | 北京科技大学 | 煤岩动力灾害危险性区域-局部递进聚焦式探测预警方法 |
-
2020
- 2020-07-08 CN CN202010654402.9A patent/CN113914932B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113914932A (zh) | 2022-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ghosh et al. | Application of underground microseismic monitoring for ground failure and secure longwall coal mining operation: a case study in an Indian mine | |
| Wang et al. | Preliminary engineering application of microseismic monitoring technique to rockburst prediction in tunneling of Jinping II project | |
| Wang et al. | Acoustic emission/microseismic source location analysis for a limestone mine exhibiting high horizontal stresses | |
| CN113050159B (zh) | 一种煤岩水力压裂裂缝微震定位及扩展机理监测方法 | |
| He et al. | Integrated rockburst early warning model based on fuzzy comprehensive evaluation method | |
| RU2467171C1 (ru) | Способ диагностики опасных ситуаций при подземной добыче каменного угля и методика прогноза параметров зон трещиноватости, образованной гидроразрывом пласта | |
| CN113914932B (zh) | 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 | |
| Li et al. | Real-time microseismic monitoring and its characteristic analysis in working face with high-intensity mining | |
| CN109736796B (zh) | 一种加深炮孔超前探测机构及其预报方法 | |
| CN104653226A (zh) | 一种基于应力梯度的煤矿冲击地压危险区域的划分方法 | |
| CN112731525B (zh) | 微震与电磁辐射同步监测的巷道围岩稳定性智能预测方法 | |
| CN116591777B (zh) | 多场多源信息融合的冲击地压智能化监测预警装置及方法 | |
| CN108020865A (zh) | 一种花岗岩型铀矿深部有利成矿空间识别及定位方法 | |
| Khan et al. | A novel geophysical method for fractures mapping and risk zones identification in a coalmine, Northeast, China | |
| CN111222254A (zh) | 基于应力叠加法的工作面冲击地压危险等级划分方法和系统 | |
| CN112485823A (zh) | 高效综合超前地质预报方法 | |
| Wang et al. | Investigation of coal and gas outburst risk by microseismic monitoring | |
| CN114109508A (zh) | 一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用 | |
| CN114412573A (zh) | 一种矿井井壁破裂监测预警系统及方法 | |
| CN115755185A (zh) | 一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法 | |
| Yu et al. | Multivariate early warning method for rockburst monitoring based on microseismic activity characteristics | |
| Khan et al. | Geophysical characterization of mining-induced complex geological deformations in a deep coalmine | |
| CN113703053B (zh) | 工作面水害微震动态监测方法及系统 | |
| Wang et al. | Variation of seismicity using reinforced seismic data for coal burst risk assessment in underground mines | |
| Kumar et al. | Microseismic monitoring application for primary stability evaluation of the powerhouse of the Tapovan Vishnugad Hydropower Project |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |