CN115075886A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种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，包括：在掘进工作面周围安装微震监测系统，在工作面尺度确定煤与瓦斯突出危险区域；在掘进工作面前方煤体下方的底抽巷内布置直流电法监测系统，确定待掘进区域危险性；在掘进工作面后方布置电磁辐射监测系统，监测煤巷掘进地点危险性；煤巷掘进过程中，微震监测系统保持固定，不断移动直流电法监测系统和电磁辐射监测系统，进行多尺度时空监测；当测试指标满足预警准则时，进行危险预警并制定消突方案；消突之后根据测试指标的变化情况检验消突效果。本发明涉及煤巷掘进突出危险探测预警技术领域，能够提高煤与瓦斯突出预警与消突效果检验的准确率与时效性。
Description
技术领域
本发明涉及煤巷掘进突出危险探测预警技术领域，特别涉及一种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。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤巷掘进全周期中的重大自然灾害，其严重威胁着煤矿的安全生产，且具有极大的破坏性。
煤层突出的发生发展是不同尺度下的煤岩动力学行为，目前煤巷掘进过程的突出危险预测方法主要是钻孔测试，测试范围小，测试周期长，无法全面反映突出危险的演化过程，而且对于消突的效果考察方法采用的是钻孔法，存在“以点带面”准确率不足的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种集微震、直流电法与电磁辐射技术为一体的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，以提高突出预警与消突效果检验的准确率与时效性。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一种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，包括以下步骤：
S1、煤巷掘进前在掘进工作面周围安装微震监测系统，测试待采工作面应力场分布，在工作面尺度上确定煤与瓦斯突出危险区域；
S2、在掘进工作面前方煤体下方的底抽巷内布置直流电法监测系统，确定待掘进区域煤与瓦斯突出危险性，即确定掘进工作面前方煤与瓦斯突出危险区域；
S3、在掘进工作面后方布置电磁辐射监测系统，监测煤巷掘进地点煤与瓦斯突出危险性；
S4、煤巷掘进过程中，微震监测系统保持固定，不断移动直流电法监测系统和电磁辐射监测系统，对煤巷掘进全周期突出危险性进行多尺度时空监测；
S5、当测试指标波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的一项或多项满足预警准则时，进行危险预警；
S6、当出现危险预警时，分别获得工作面尺度的危险区域、掘进工作面前方的危险区域、掘进地点的危险性，判断预警原因，制定消突方案；
S7、消突之后根据测试指标的变化情况检验消突效果，当各测试指标不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，认为煤层已消突，继续掘进。
优选地，所述方法中：
所述微震监测系统的测试尺度为1000m范围内，以探测工作面尺度危险区域；
所述直流电法测试系统的测试尺度为60m范围内，以探测掘进工作面前方的危险区域；
所述电磁辐射监测系统的测试尺度为0~20m范围内，以探测掘进地点的危险性。
优选地，所述波速异常系数
、所述视电阻率异常系数
、所述电磁辐射强度异常
系数
的计算方法如下：
所述波速异常系数
=（波速-平均波速）/平均波速；
所述视电阻率异常系数
=（电阻率-平均视电阻率）/平均视电阻率；
所述电磁辐射强度异常系数
=（电磁辐射强度-电磁辐射平均强度）/电磁辐射平
均强度。
优选地，所述预警准则包括：
所述工作面尺度的危险区域为所述微震监测系统所测波速异常系数
大于1.5或
者小于0.5的区域；
所述掘进工作面前方的危险区域为所述直流电法监测系统所测视电阻率异常系
数
大于1.5或者小于0.5的区域；
所述掘进地点具有危险性是指所述电磁辐射监测系统所测电磁辐射强度异常系
数
大于1.5 的情况。
优选地，所述判断预警原因，制定消突方案包括：
当
或
表示含瓦斯区或者破碎区，应加强抽采；
当
或
表示高应力区，应加强钻孔卸压；
当
表示煤岩破裂强度大，应根据微震监测系统和直流电法监测系统的测试
结果制定消突方案。
优选地，所述根据测试指标的变化情况检验消突效果包括：
当波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的任意一
项或多项满足预警准则，则进行消突；
消突之后的检验方法为将实时测试结果与之前的结果进行对比，若测试指标
降低，则表明具有消突效果；
若三个测试指标降低之后均不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，则表示消突完成，继续掘进。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明通过微震监测系统确定工作面尺度的危险区域、通过直流电法监测系统探测并确定掘进工作面前方的精细危险区域、通过电磁辐射监测系统判断掘进地点的危险性，实现了多尺度探测煤巷突出危险性的目的。
本发明通过固定微震监测系统，移动直流电法监测系统与电磁辐射监测系统的测试位置，在多尺度的基础上对煤巷掘进过程全周期进行探测，保证了对煤巷掘进过程中全时空的突出危险性预警，可提高煤与瓦斯突出危险的预警准确性和防突措施的针对性。
本发明通过监测消突时相关预警指标的变化，在传统的消突效果考察方法上，进一步地提升了消突效果检验的准确率，且更具有时效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的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的流程图；
图2是本发明实施例提供的多尺度探测各监测系统布置示意图；
图3是本发明实施例提供的突出危险时空预警与消突效果检验的具体操作流程图。
附图标记说明：1、待掘进煤层；2、底抽巷；3、微震传感器；4、测线；5、电极；6、直流电法探测区域；7、电磁辐射仪；8、电磁辐射探测区域。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在本发明的保护范围中。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供了一种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，以解决目前煤巷掘进过程的突出危险预测方法测试范围小、周期长，且对于消突的效果考察方法“以点带面”准确率不高的问题。该方法的执行流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1、煤巷掘进前在掘进工作面周围安装微震监测系统，测试待采工作面应力场分布，在工作面尺度上确定煤与瓦斯突出危险区域；
S2、在掘进工作面前方煤体下方的底抽巷内布置直流电法监测系统，确定待掘进区域煤与瓦斯突出危险性，即确定掘进工作面前方煤与瓦斯突出危险区域；
S3、在掘进工作面后方布置电磁辐射监测系统，监测煤巷掘进地点煤与瓦斯突出危险性；
S4、煤巷掘进过程中，微震监测系统保持固定，不断移动直流电法监测系统和电磁辐射监测系统，对煤巷掘进全周期突出危险性进行多尺度时空监测；
S5、当测试指标波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的一项或多项满足预警准则时，进行危险预警；
S6、当出现危险预警时，分别获得工作面尺度的危险区域、掘进工作面前方的危险区域、掘进地点的危险性，判断预警原因，制定消突方案；
S7、消突之后根据测试指标的变化情况检验消突效果，当各测试指标不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，认为煤层已消突，继续掘进。
具体地，图2是本发明实施例中多尺度探测各监测系统布置示意图，于煤巷掘进之前，在待掘进煤层1工作面周围安装8个微震传感器3，以将微震监测系统覆盖整个工作面，而后测试待掘进煤层1工作面应力场分布，在工作面尺度上确定煤与瓦斯突出危险区域；
在掘进工作面前方待掘进煤层1下方的底抽巷2内布置直流电法监测系统所用测线4与电极5，以使直流电法探测区域6覆盖待掘进区域前方的精细危险区域，确定待掘进区域煤与瓦斯突出危险性；
在掘进工作面后方布置电磁辐射仪7，以使电磁辐射监测系统探测区域8位于煤巷掘进地点，实时监测煤巷掘进地点的煤与瓦斯突出危险性；
在煤巷掘进过程中，微震监测系统（微震传感器3）保持固定，不断移动直流电法监测系统（测线4、电极5）的测试位置和电磁辐射监测系统（电磁辐射仪7）的测试位置，对待掘进煤层1掘进全周期突出危险性进行多尺度时空监测；
当测试指标中的各异常系数
，满足预警准则时，进行预警，分别获得工
作面尺度的危险区域、掘进工作面前方的精细危险区域、掘进地点的危险性。
其中，所述微震监测系统的测试尺度为1000m范围内，以探测工作面尺度危险区域；
所述直流电法测试系统的测试尺度为60m范围内，以探测掘进工作面前方的危险区域；
所述电磁辐射监测系统的测试尺度为0~20m范围内，以探测掘进地点的危险性。
本发明实施例中，所述波速异常系数
、所述视电阻率异常系数
、所述电磁辐射
强度异常系数
的计算方法如下：
所述波速异常系数
=（波速-平均波速）/平均波速；
所述视电阻率异常系数
=（电阻率-平均视电阻率）/平均视电阻率；
所述电磁辐射强度异常系数
=（电磁辐射强度-电磁辐射平均强度）/电磁辐射平
均强度。
具体的预警准则如下：
所述工作面尺度的危险区域为所述微震监测系统所测波速异常系数
大于1.5或
者小于0.5的区域；
所述掘进工作面前方的（精细）危险区域为所述直流电法监测系统所测视电阻率
异常系数
大于1.5或者小于0.5的区域；
所述掘进地点具有危险性是指所述电磁辐射监测系统所测电磁辐射强度异常系
数
大于1.5 的情况。
当出现危险预警时，判断预警原因，制定消突方案，具体包括：
根据危险时空预警测试指标：当
或
表示含瓦斯区或者破碎区，应加强抽
采；当
或
表示高应力区，应加强钻孔卸压；当
表示煤岩破裂强度大，应根据
微震监测系统和直流电法监测系统的测试结果制定消突方案。
进一步地，如图3所示，本发明实施例所述方法还包括根据测试指标的变化情况检验消突效果：
当波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的任意一
项或多项满足预警准则，则进行消突；
消突之后的检验方法为将实时测试结果与之前的结果进行对比，若测试指标
降低，则表明具有消突效果；
若三个测试指标降低之后均不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，则表示消突完成，继续掘进。
综上所述，本发明通过微震监测系统确定工作面尺度的危险区域、通过直流电法监测系统探测并确定掘进工作面前方的精细危险区域、通过电磁辐射监测系统判断掘进地点的危险性，实现了多尺度探测煤巷突出危险性的目的。
本发明通过固定微震监测系统，移动直流电法监测系统与电磁辐射监测系统的测试位置，在多尺度的基础上对煤巷掘进过程全周期进行探测，保证了对煤巷掘进过程中全时空的突出危险性预警，可提高煤与瓦斯突出危险的预警准确性和防突措施的针对性。
本发明通过监测消突时相关预警指标的变化，在传统的消突效果考察方法上，进一步地提升了消突效果检验的准确率，且更具有时效性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例（无论是否明确描述）实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种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，其特征在于，包括以下步骤：
S1、煤巷掘进前在掘进工作面周围安装微震监测系统，测试待采工作面应力场分布，在工作面尺度上确定煤与瓦斯突出危险区域；
S2、在掘进工作面前方煤体下方的底抽巷内布置直流电法监测系统，确定待掘进区域煤与瓦斯突出危险性，即确定掘进工作面前方煤与瓦斯突出危险区域；
S3、在掘进工作面后方布置电磁辐射监测系统，监测煤巷掘进地点煤与瓦斯突出危险性；
S4、煤巷掘进过程中，微震监测系统保持固定，不断移动直流电法监测系统和电磁辐射监测系统，对煤巷掘进全周期突出危险性进行多尺度时空监测；
S5、当测试指标波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的
一项或多项满足预警准则时，进行危险预警；
S6、当出现危险预警时，分别获得工作面尺度的危险区域、掘进工作面前方的危险区域、掘进地点的危险性，判断预警原因，制定消突方案；
S7、消突之后根据测试指标的变化情况检验消突效果，当各测试指标不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，认为煤层已消突，继续掘进。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述方法中：
所述微震监测系统的测试尺度为1000m范围内，以探测工作面尺度危险区域；
所述直流电法测试系统的测试尺度为60m范围内，以探测掘进工作面前方的危险区域；
所述电磁辐射监测系统的测试尺度为0~20m范围内，以探测掘进地点的危险性。
3.根据权利要求1所述的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，
其特征在于，所述波速异常系数
、所述视电阻率异常系数
、所述电磁辐射强度异常系数
的计算方法如下：
所述波速异常系数
=（波速-平均波速）/平均波速；
所述视电阻率异常系数
=（电阻率-平均视电阻率）/平均视电阻率；
所述电磁辐射强度异常系数
=（电磁辐射强度-电磁辐射平均强度）/电磁辐射平均强
度。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述预警准则包括：
所述工作面尺度的危险区域为所述微震监测系统所测波速异常系数
大于1.5或者小
于0.5的区域；
所述掘进工作面前方的危险区域为所述直流电法监测系统所测视电阻率异常系数
大于1.5或者小于0.5的区域；
所述掘进地点具有危险性是指所述电磁辐射监测系统所测电磁辐射强度异常系数
大于1.5 的情况。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述判断预警原因，制定消突方案包括：
当
或
表示含瓦斯区或者破碎区，应加强抽采；
当
或
表示高应力区，应加强钻孔卸压；
当
表示煤岩破裂强度大，应根据微震监测系统和直流电法监测系统的测试结果制
定消突方案。
6.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述根据测试指标的变化情况检验消突效果包括：
当波速异常系数
、视电阻率异常系数
、电磁辐射强度异常系数
中的任意一项或
多项满足预警准则，则进行消突；
消突之后的检验方法为将实时测试结果与之前的结果进行对比，若测试指标
降低，则表明具有消突效果；
若三个测试指标降低之后均不再满足预警准则，且常规钻孔校检指标满足条件，则表示消突完成，继续掘进。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115711157A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-02-24 | 北京科技大学 | 基于采动磁场分布式监测的煤层突出危险区域识别方法 |
| CN116187831A (zh) * | 2023-01-30 | 2023-05-30 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种基于大数据的掘进机智能管控系统及方法 |
| CN116187831B (zh) * | 2023-01-30 | 2024-04-02 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 一种基于大数据的掘进机智能管控系统及方法 |
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| CN115075886B (zh) | 2022-11-08 |
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