CN114924311B - 一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，在顶板爆破后，记录爆破时间、位置和药量参数，并基于顶板爆破时间和位置对记录的微震事件进行筛选，筛选出顶板爆破诱发的微震记录并计算其震源能量。根据爆破诱发震动能量计算顶板爆破效能指数，以爆破效能指数确定分级标准，并将计算值代入分级标准中从而定量评估顶板爆破释能效果。如需对爆破区域整体的顶板爆破释能效果进行评价，则基于爆破区域范围内单次顶板爆破效能指数取平均值并代入分级标准中，确定爆破区域整体的顶板爆破释能效果。能够实现对单次和区域顶板爆破释能效果的定量评价前提下，还具有实施方便，成本低廉，不会干扰煤矿正常生产的优点。

Description

一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法

技术领域

本发明涉及煤岩动力灾害防治技术领域，具体涉及一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法。

背景技术

近年来，厚硬顶板主控的冲击矿压动力灾害愈加频繁，经现场实践证明，顶板爆破是防治该类型冲击矿压最为有效手段之一，被广泛应用于我国冲击矿压矿井。

在煤矿现场，每次顶板爆破实施后均需要进行释能效果的评价，根据评价结果确定是否再次进行顶板爆破；目前普遍采用的方法为钻孔窥视探测。该技术可直接探测爆破裂隙发育，但由于其仅限于观测孔壁裂隙发育，对于更深部煤岩体破坏情况无法探测，另外该技术工艺复杂，成本较高，并且探测时会干扰煤矿的正常生产，不具有普适性。如何量化顶板爆破防冲效果，对于指导顶板爆破参数设计及现场生产决策具有重要意义，因此如何提供一种新的释能效果定量评估方法，能对顶板爆破释能效果进行精度较高的评价前提下，还具有实施方便，成本低廉，不会干扰煤矿正常生产的优点，是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，能对顶板爆破释能效果进行精度较高的评价前提下，还具有实施方便，成本低廉，不会干扰煤矿正常生产的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，具体步骤为：

步骤一、在实施一次顶板爆破后，详细记录爆破时间T、爆破位置S和药量参数P_e；

步骤二、从井下已安装的煤矿微震监测系统记录的微震事件中，根据爆破时间T找到对应时间发生的微震事件，对该微震事件进行定位，并将定位结果与爆破位置S进行对比分析，当定位坐标与爆破位置坐标的空间距离小于20m时，确定该微震事件为爆破诱发的微震事件，并计算其震源能量E_s；

步骤三、根据步骤二获得的顶板爆破诱发震动能量E_s计算爆破效能指数S_e，计算公式如下：

式中，S_e为爆破效能指数；k_r是爆破震动修正系数；P_e为炸药量，Kg；E_p为炸药爆炸转换成地震能的能量，J；

步骤四、以爆破效能指数S_e确定分级标准，最后将步骤三中得出的爆破效能指数S_e代入分级标准中，从而定量评估顶板爆破释能效果，其中分级标准为：

当顶板爆破效能指数S_e≤0时，顶板爆破释能效果为无效；

当顶板爆破效能指数0<S_e≤0.25时，顶板爆破释能效果为一般；

当顶板爆破效能指数0.25<S_e≤0.50时，顶板爆破释能效果为较好；

当顶板爆破效能指数S_e>0.50时，顶板爆破释能效果为极好；

若顶板爆破释能效果为无效或一般，则后续对相同位置再进行一次顶板爆破；若顶板爆破释能效果为较好或极好，则完成该位置的顶板爆破工作。

进一步，所述步骤三中炸药爆炸转换成地震能的能量E_p的确定过程为：

通过下面公式计算炸药爆炸转换成地震能的能量E_p：

E_p＝E_pi×P_e×k_s

式中，E_pi为单位质量炸药爆炸理论释放的总能量，J/Kg,该值为炸药的爆热参数，选取煤矿允许使用的三级乳化炸药的爆热参数最高值为3×10⁶J/Kg；P_e为炸药量，Kg；k_s为炸药爆炸地震能转换系数，煤矿环境下取值为0.01％。

进一步，所述步骤三中爆破震动修正系数k_r的确定过程为：

由于爆破震动修正系数k_r主要与岩体性质、爆破装药、地质环境有关；因此通过下面公式计算爆破震动修正系数k_r：

k_r＝k_r1×k_r2×k_r3

式中，k_r1为岩体性质系数，根据顶板岩石单轴抗压强度进行取值，当顶板岩石单轴抗压强度R_c≥100MPa时，该值取值0.80；当顶板岩石单轴抗压强度50≤R_c<100MPa时，该值取值0.75；当顶板岩石单轴抗压强度R_c<50MPa时，该值取值0.70；

k_r2为爆破装药系数，该值为装药不耦合系数，即顶板爆破钻孔直径与炸药直径比值，一般在1～1.5之间；

k_r3为地质环境系数，爆破附近无明显地质构造，该值取标准值为1，当存在地质构造(如褶曲和断层等)时，该值为0.8。

进一步，还包括步骤五、若需要对爆破区域整体的顶板爆破释能效果进行评价，则设爆破区域范围内共进行N次顶板爆破，每次爆破均重复步骤一至三，从而计算得到N个爆破效能指数，将这N个爆破效能指数求平均值

并将该值作为该爆破区域的综合爆破效能指数，最后将平均值

代入步骤四的分级标准，从而定量评估爆破区域整体的顶板爆破释能效果。

与现有技术相比，由于目前煤矿井下普遍安装的煤矿微震监测系统，其会实时记录煤矿中发生的微震事件，根据现场监测，顶板爆破时，爆炸应力的传播将会引起煤岩体的震动，即炸药释放的能量将会有一部分转换成地震波能量，另外，岩体在爆破作用下发生破坏后会同时释放内部积聚的弹性应变能，引起煤岩体的震动。煤矿微震监测系统，如SOS微震系统、ARAMIS微震系统均可以准确记录该震动。该震动能够综合反映岩体在爆破作用下破坏过程和弹性应变能的释放过程。因此可以基于该震动信息对顶板爆破释能效果进行定量化评价；本发明在实施顶板爆破后，通过详细记录爆破时间、位置和药量参数，并基于顶板爆破时间和位置对煤矿微震监测系统记录的微震事件进行筛选，筛选出顶板爆破诱发的微震记录并计算其震源能量。根据爆破诱发震动能量计算顶板爆破效能指数S_e，以爆破效能指数S_e确定分级标准，并将计算值代入分级标准中从而定量评估顶板爆破释能效果。如需对爆破区域整体的顶板爆破释能效果进行评价，则基于爆破区域范围内单次顶板爆破效能指数取平均值并代入分级标准中，确定爆破区域整体的顶板爆破释能效果。根据效果评估对后续顶板爆破工作进行相应调整，保证煤矿的安全性。因此本发明能对顶板爆破释能效果进行精度较高的评价前提下，还能够实现对单次和区域顶板爆破释能效果的定量评价，具备较强的经济性和可操作性，有效避免传统方法(钻孔窥视、应力监测)施工复杂、干扰生产、无法量化等缺点，并且其无需增设额外设备，利用井下已安装的煤矿微震监测系统即能实施，具有广泛的普适性。

附图说明

图1是本发明整体流程示意图；

图2是本发明实施例中的顶板爆破释能效果评价图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：某矿工作面回采过程中共进行63次顶板爆破，如图1所示，具体步骤为：

步骤一、在每次顶板爆破后，详细记录爆破时间T、位置S和药量参数P_e；

步骤二、从井下已安装的煤矿微震监测系统记录的微震事件中，根据爆破时间T找到对应时间发生的微震事件，对该微震事件进行定位，并将定位结果与爆破位置S进行对比分析，当定位坐标与爆破位置坐标的空间距离小于20m时，确定该微震事件为爆破诱发的微震事件，并计算其震源能量E_s；

步骤三、根据步骤二获得的每次顶板爆破诱发震动能量E_s计算各自的爆破效能指数S_e，计算公式如下：

式中，S_e为爆破效能指数；k_r是爆破震动修正系数；P_e为炸药量，Kg；E_p为炸药爆炸转换成地震能的能量，J；

通过下面公式计算炸药爆炸转换成地震能的能量E_p：

E_p＝E_pi×P_e×k_s

式中，E_pi为单位质量炸药爆炸理论释放的总能量，J/Kg,该值为炸药的爆热参数，选取煤矿允许使用的三级乳化炸药的爆热参数最高值为3×10⁶J/Kg；P_e为炸药量，Kg；k_s为炸药爆炸地震能转换系数，煤矿环境下取值为0.01％。

由于爆破震动修正系数k_r主要与岩体性质、爆破装药、地质环境有关；因此通过下面公式计算爆破震动修正系数k_r：

k_r＝k_r1×k_r2×k_r3

式中，由于爆破区域顶板岩石单轴抗压强度为120MPa,大于100MPa，k_r1取值为0.80；顶板爆破的装药不耦合系数为1.27，k_r2取值1.27；爆破区域无明显地质构造，k_r3取值1；

基于上述参数得到爆破震动修正系数k_r＝0.80×1.27×1＝1.02；

步骤四、以爆破效能指数S_e确定分级标准，最后将步骤三中得出的每次爆破效能指数S_e代入分级标准中，从而定量评估顶板爆破释能效果，其中分级标准为：

当顶板爆破效能指数S_e≤0时，顶板爆破释能效果为无效；

当顶板爆破效能指数0<S_e≤0.25时，顶板爆破释能效果为一般；

当顶板爆破效能指数0.25<S_e≤0.50时，顶板爆破释能效果为较好；

当顶板爆破效能指数S_e>0.50时，顶板爆破释能效果为极好；

根据上述分级标准，如图2所示，确定63次顶板爆破释能效果分别为：6次无效，6次一般，19次较好，32次极好，分别占总次数比例9.5％，9.5％，30％和51％。

若需要对爆破区域整体的顶板爆破释能效果进行评价，则将63次顶板爆破的爆破效能指数S_e求平均值

并将该值作为该爆破区域的综合爆破效能指数，即

最后将该值代入步骤四的分级标准，从而定量评估爆破区域整体的顶板爆破释能效果为较好。从整体上来说，爆破区域无需再次进行顶板爆破工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、在实施一次顶板爆破后，详细记录爆破时间T、爆破位置S和炸药量P_e；

步骤二、从井下已安装的煤矿微震监测系统中记录的微震事件中，根据爆破时间T找到对应时间发生的微震事件，对该微震事件进行定位，并将定位结果与爆破位置S进行对比分析，当定位坐标与爆破位置坐标的空间距离小于20m时，认为该微震事件为爆破诱发的微震事件，计算其震动能量E_s；

步骤三、根据步骤二获得的顶板爆破诱发震动能量E_s计算爆破效能指数S_e，计算公式如下：

式中，S_e为爆破效能指数；k_r是爆破震动修正系数；P_e为炸药量，Kg；E_p为炸药爆炸转换成地震能的能量，J；

所述爆破震动修正系数k_r通过下面公式计算：

k_r＝k_r1×k_r2×k_r3

式中，k_r1为岩体性质系数，根据顶板岩石单轴抗压强度进行取值，当顶板岩石单轴抗压强度R_c≥100MPa时，该值取值0.80；当顶板岩石单轴抗压强度50≤R_c<100MPa时，该值取值0.75；当顶板岩石单轴抗压强度R_c<50MPa时，该值取值0.70；

k_r2为爆破装药系数，该值为装药不耦合系数，即顶板爆破钻孔直径与炸药直径比值；

k_r3为地质环境系数，爆破附近无明显地质构造，该值取标准值为1，当存在地质构造时，该值为0.8；

步骤四、以爆破效能指数S_e确定分级标准，最后将步骤三中得出的爆破效能指数S_e代入分级标准中，从而定量评估顶板爆破释能效果，其中分级标准为：

当顶板爆破效能指数S_e≤0时，顶板爆破释能效果为无效；

当顶板爆破效能指数0<S_e≤0.25时，顶板爆破释能效果为一般；

当顶板爆破效能指数0.25<S_e≤0.50时，顶板爆破释能效果为较好；

当顶板爆破效能指数S_e>0.50时，顶板爆破释能效果为极好。

2.根据权利要求1所述的基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，其特征在于，所述步骤三中炸药爆炸转换成地震能的能量E_p的确定过程为：

通过下面公式计算炸药爆炸转换成地震能的能量E_p：

E_p＝E_pi×P_e×k_s

式中，E_pi为单位质量炸药爆炸理论释放的总能量，J/Kg,该值为炸药的爆热参数；P_e为炸药量，Kg；k_s为炸药爆炸地震能转换系数，煤矿环境下取值为0.01％。

3.根据权利要求1所述的基于顶板爆破诱发震动能量的释能效果定量评估方法，其特征在于，还包括步骤五、若需要对爆破区域整体的顶板爆破释能效果进行评价，则设爆破区域范围内共进行N次顶板爆破，每次爆破均重复步骤一至三，从而计算得到N个爆破效能指数，将这N个爆破效能指数求平均值

并将该值作为该爆破区域的综合爆破效能指数，最后将平均值

代入步骤四的分级标准，从而定量评估爆破区域整体的顶板爆破释能效果。

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