CN115755185B - 一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，在回采工作面前方按照距离远近关系先后布置大、中和小量程型拾震传感器，实时采集震源产生的震动波信号，获得最大振动速度、震源空间位置和能量、震源中心点与拾震传感器之间的距离，依据经验判别某拾震传感器接收矿震最大振动速度下对巷道围岩的影响情况；同时基于工作面周边及其超前监测区域历史一段时间内的矿震数据，拟合计算得到监测区域内矿震振动速度的衰减公式，从而计算大能量矿震传播至任一点位置的质点峰值速度，结合巷道围岩破坏情况确定其致灾速度临界值，当超过该值时，则该大能量矿震具有致灾性，反之，则未有致灾性。该方法能对大能量矿震进行实时、有效监测并判别其致灾性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采及煤矿安全技术领域，具体涉及一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法。
背景技术
矿震也称为矿山震动或者矿山地震，是煤岩体内部裂隙发育、弹性能突然释放并产生明显震动和声响的动力现象。强度较低的矿震发生时，一般情况下煤岩不向已采空间抛出，而部分强矿震发生时可导致煤体片帮或煤岩块塌落、抛出等现象，甚至诱发一定范围内的煤体发生冲击地压。在采矿巷道中发生震动和冲击地压，将会引起巷道、工作面的破坏以及人员的伤亡情况的出现，其主要原因是震动波传播过程中动载荷脉冲的冲击，使煤层垮落，动力抛出煤岩体，造成冲击地压区域人员伤亡。
近年来，随着煤矿开采深度及强度日益加大，地质与开采条件更加复杂，冲击地压难题愈发突显，冲击地压事故频繁发生。受井下工作面采掘扰动、顶板活动、构造运动等影响，使得采掘空间煤岩体应力状态重新分布、煤岩体破裂，产生大量矿震，并以震动波形式向外传播，进而对采掘空间造成二次扰动，经大量震动波反复作用，对采掘空间、巷道围岩造成累积损伤，降低了煤岩体强度，增加了冲击地压发生的概率。由冲击地压的“动静载叠加诱冲机理”可知，冲击地压是采动空间区域静态应力场和局部动态应力场与围岩结构多尺度耦合迭代演化的结果，当采掘空间周围煤岩体中的静载与矿震形成的动载叠加超过煤岩体冲击的临界应力水平时，煤岩体就会瞬间破坏，发生冲击地压。因此，井下工作面开采期间发生大能量矿震或者强矿震时，如何有效监测以及准确评估大能量矿震或者强矿震是否会对采掘空间、巷道围岩造成破坏，对冲击地压危险的预测与治理具有重要意义。
冲击地压预测预警是防灾减灾的重要环节，可以为冲击地压现场治理提供有力的指导，其核心目标是在灾害发生前准确判定灾害的时间、区域与危险性等级。目前为解决煤矿开采冲击地压这一世界性难题，常用的监测冲击地压的方法包括微震监测、电磁辐射监测、地音监测、应力监测以及钻屑法等监测方法。经过大量研究和工程实践，微震监测技术已成为冲击地压监测预警的主要手段之一，通过微震监测系统实时捕捉矿震信号，获得震动波信号的清晰波形，并对矿震的发震时刻、空间位置以及震源能量进行计算。因此，如何利用现有微震监测系统，对大能量矿震进行实时、有效监测，并分析矿震激发震动波传播过程中的衰减特征，是定量化判识大能量矿震是否具有致灾性的关键所在。
目前，对于冲击地压矿井开采期间频繁发生的大能量矿震，还未有能够对大能量矿震振动速度以及判识其致灾性进行有效确定的方法，因此，亟需提供一种能够基于微震监测技术下对不同矿井、不同采掘区域开采期间的大能量矿震或者强矿震进行有效监测的方法，以能分析出大能量矿震震动波传播过程中的衰减特征，并确定出致灾性的振动速度，同时，能进一步判识出大能量矿震传播期间是否具有致灾性，并可有效划分出冲击地压危险区域，从而能够便于提前采取有效的卸压解危措施，加强巷道支护与冲击地压监测，以有力的保障矿井的安全生产工作。
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微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，该方法能对大能量矿震进行实时、有效的监测，并能够定量化的判识出大能量矿震是否具有致灾性，可减少大能量矿震治理的盲目性，针对判识出的致灾性大能量矿震能够及时采取有效的卸压解危措施，并加强巷道支护与冲击地压监测，以有力的保障矿井的安全生产工作。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，包括以下步骤：
步骤一：在采煤工作面回采前方轨道顺槽、胶带顺槽巷道底板进行拾震传感器的布置，拾震传感器包括大量程型拾震传感器、中量程型拾震传感器和小量程型拾震传感器，其布置方式如下：按照距离震源越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面周边以及超前300m范围内矿震频发的原则，在轨道顺槽、胶带顺槽超前采煤工作面50～200m范围内各布置1个大量程型拾震传感器，在超前采煤工作面200～500m范围内各布置1个中量程型拾震传感器，在超前采煤工作面500～1000m范围内各布置1个小量程型拾震传感器，在轨道顺槽与回风大巷交叉区域、胶带顺槽与运输大巷交叉区域各布置1个小量程型拾震传感器，同时，使轨道顺槽和胶带顺槽中安装的拾震传感器上下之间相互交错布置并形成覆盖采煤工作面周边及超前区域的覆盖监测系统，并确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行实时监测；
步骤二：利用通信电缆建立各个拾震传感器之间以及与地面信号采集站的通信连接，利用通信光缆建立地面信号采集站与监测计算机的通信连接；
步骤三：在采煤工作面向前开采过程中，利用覆盖监测系统对震源产生的以震动波传播射线为传播路径的震动波信号进行实时采集，并通过通信电缆实时传输至地面信号采集站，再通过地面信号采集站将接收到震动波信号实时发送给监测计算机；
步骤四：通过监测计算机根据所接收的震动波信号确定波形到时时间，并进一步得到各个震源所产生的震动波传播射线、由各个震源产生的震动波传播至各个拾震传感器安装位置点后引起的最大振动速度、各个震源的空间位置和能量、各个震源空间位置的中心点与各个拾震传感器的安装位置点之间的直线距离；
步骤五：基于历史一段时间内的矿震数据，采用经验分类法，初步判别该矿震传播至该拾震传感器所在巷道围岩的影响情况，当最大振动速度＜0.2m/s时，评估为Ⅰ级影响，当最大振动速度为0.2～0.4m/s时，评估为Ⅱ级影响，当最大振动速度＞0.4m/s时，评估为Ⅲ级影响；
步骤六：根据拾震传感器安装位置点实际的巷道围岩情况对步骤五中的评估结果进行验证，若评估结果与现场实际情况相符，执行步骤十一，若评估结果与现场实际情况不相符，执行步骤七；
步骤七：基于采煤工作面周边及其超前监测区域历史一段时间内的矿震数据，利用监测计算机统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合得到该区域内矿震振动速度、震源和拾震传感器之间距离的衰减公式(1)；
式中，(PPV)ij表示一个震源i产生的震动波由其中心点传播至拾震传感器j的安装位置点后引起的质点峰值速度；α表示比例系数，一个震源对应一个值，一个监测区域若干个震源的比例系数取所有震源比例系数的平均值；rij表示震源i中心点与拾震传感器j安装位置点之间的直线距离；β表示一个震源产生的震动波由其中心点传播至一个拾震传感器安装位置点后质点峰值速度的衰减系数，一个监测区域若干个震源的衰减系数取所有震源衰减系数的平均值；
步骤八：先从监测计算机计算所得到的数据中选取震源i和拾震传感器j，并将震源i的空间位置坐标xi,yi,zi、拾震传感器j的安装位置坐标xj,yj,zj、震源i与拾震传感器j之间的直线距离rij、拾震传感器j接收震源i震动波的质点峰值速度PPVij输入到衰减公式(1)中得到α和β之间的关系式，再通过拟合计算的方式得到比例系数α和衰减系数β；
步骤九：在监测区域中的所有震源i的比例系数α和衰减系数β均得到以后，分别求其平均值作为若干个震源的比例系数α0和若干个震源的衰减系数β0；
步骤十：确认该监测区域矿震振动速度衰减公式(2)；
步骤十一：计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度；
当某监测区域的大能量矿震最大振动速度未知时，利用衰减公式(2)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度(PPV)i′j；当某监测区域的大能量矿震最大振动速度已知时，利用衰减公式(3)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度
式中，表示震源i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后引起的质点峰值速度；(PPV)imax表示该监测区域震源i的最大质点峰值速度，即最大振动速度；λ表示震源i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后质点峰值速度的衰减系数；/>表示震源i空间位置的中心点到震动波传播至任一j0点位置之间的距离；
步骤十二：确定致灾速度临界值；若在当前质点峰值速度下，j0点位置巷道围岩发生明显破坏、出现裂缝，对巷道围岩稳定性造成明显影响，则当前质点峰值速度具有致灾性，确定当前质点峰值速度为致灾速度临界值；
步骤十三：对于采煤工作面回采期间产生的矿震，基于微震监测确定该矿震为大能量矿震时，根据步骤十一中的方式计算出该大能量矿震从震源产生传播至采煤工作面轨道顺槽、胶带顺槽任一位置的质点峰值速度(PPV)i′j或当质点峰值速度(PPV)i′j或/>超过该监测区域致灾速度临界值时，则判别该大能量矿震具有致灾性，应及时采取卸压解危措施，加强冲击地压危险监测和巷道支护强度，反之，该大能量矿震未有致灾性，加强冲击地压危险监测，正常进行采掘作业。
进一步，为了在能更全面的覆盖待监测区域的同时，还能有效节省拾震传感器的布设数量，在步骤一中，布置在轨道顺槽巷道内的多个拾震传感器和布置在胶带顺槽巷道内的多个拾震传感器之间形成呈W或M形的相交错布置方式。
进一步，为了有效提高振动速度计算结果的准确性，在步骤八中，确保拟合效果不小于85％。
进一步，为了能够确保在整个开采期间均能够对矿震进行有效的监测，并能准确评估大能量矿震或者强矿震是否会对采掘空间、巷道围岩造成破坏，在采煤工作面向前开采过程中，当采煤工作面距离布置在轨道顺槽、胶带顺槽中的大量程型拾震传感器小于50m时，向前挪移大量程型拾震传感器至采煤工作面超前50～200m的位置，同时，将中量程型拾震传感器和小量程型拾震传感器5也相应地分别向前挪移至采煤工作面超前200～500m的位置、500～1000m的位置。
由于井下监测的矿震能量越大，其振动速度也越大。常用的普通拾震传感器，即小量程型拾震传感器，通常只能接收振动速度小于0.625mm/s的矿震，也只能记录振动速度小于0.625mm/s矿震的完整震动波波形。而对于布置在距离采煤工作面较近位置的小量程型拾震传感器，当监测的矿震振动速度超过0.625mm/s时，其无法记录完整的震动波波形，从而无法有效得知接收震动波的最大振动速度。本发明按照震源距离拾震传感器越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面周边及超前300m范围内矿震频发的原则，在超前采煤工作面50～200m范围内、200～500m范围内分别布置了大量程型拾震传感器、中量程型拾震传感器，分别可以有效接收最大振动速度为1.0m/s、0.5m/s的矿震，再配合超前采煤工作面500外的小量程型拾震传感器，不仅可以实现对不同能量矿震的实时在线监测，还可以有效实现对大能量矿震完整波形的实时在线监测与记录，从而可以方便准确获得大能量矿震传播至拾震传感器时的最大振动速度，有效确保了所获得监测数据的全面性和准确性。基于采煤工作面周边及其超前监测区域某一段时间内的矿震数据，统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合求出该区域内矿震振动速度与震源和拾震传感器之间距离的衰减公式，可以在已知震源和拾震传感器之间的距离时，计算得出该矿震在不同传播距离下的振动速度，进而可以根据矿震振动速度与巷道围岩稳定性之间的关系，进一步判别出大能量矿震传播至某位置时的振动速度是否会造成巷道破坏，这样可以有效对大能量矿震传播至某位置下的致灾性进行科学合理的判识，能便于及时采取措施确保煤矿的安全生产作业。确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行监测，这样，可以满足监测期间内的有效监测、准确定位与能量计算的需求；由于震动波在大型地质构造区域传播过程中的振动速度的衰减情况与正常区域的衰减特性不同，因而，对于大型地质构造区域和正常区域，分别建立矿震质点峰值速度与不同传播距离下的衰减公式，可以准确的确定出不同区域下大能量矿震传播过程中的致灾速度，进而可以通过对不同地质构造区域分区域判识的方式来准确的判定出大能量矿震是否具有致灾性。
本发明提供的矿震危险性预评估方法、矿震振动速度衰减公式以及大能量矿震致灾性判识的方法中各个指标物理意义清晰、操作性强、结果可靠，其在现有微震监测基础上，引入大量程型拾震传感器、中量程型拾震传感器，优化了矿震监测台网布置，实现了对大能量矿震进行有效监测，可准确的获得大能量矿震完整波形信息，进而可准确确定出最大振动速度，该方法具有坚实的理论支撑，可分区域量化分析矿震震动波传播期间不同距离下的振动速度及衰减特征，进一步确定大能量矿震致灾性振动速度，有效判识出大能量矿震的冲击危险性，划分出冲击危险区域，实现了对冲击地压危险的准确预测。
附图说明
图1是本发明中工作面回采期间矿震监测台网布置及震源分布示意图；
图2是本发明中大能量矿震致灾性判识方法流程图；
图3是本发明中某一拾震传感器接收大能量矿震的波形示意图；
图4是本发明中某大能量矿震振动速度衰减特征分析图。
图中：1、轨道顺槽；2、胶带顺槽；3、大量程型拾震传感器；4、中量程型拾震传感器；5、小量程型拾震传感器；6、通信电缆；7、震源；8、震动波传播射线；9、采空区；10、采煤工作面；11、回风大巷；12、运输大巷；13、信号采集站；14、监测计算机。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明作进一步说明。
大能量矿震一般定义为巷道掘进期间微震监测的矿震能量大于1.0E+4J，或者是工作面回采期间微震监测的矿震能量大于1.0E+5J。由于不同矿井不同开采区域的地质条件和开采技术条件不同，其大能量矿震划分标准也有区别，具体划分原则应结合各个矿井或者各个采掘工作面微震监测的能量预警临界值，超过预警临界值时，则判定该矿震为大能量矿震。为了能够基于微震监测技术下对不同矿井、不同采掘区域开采期间的大能量矿震或者强矿震进行有效监测，本发明提供一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤一：在采煤工作面10回采前方轨道顺槽1、胶带顺槽2巷道底板进行拾震传感器的布置，拾震传感器包括大量程型拾震传感器3、中量程型拾震传感器4和小量程型拾震传感器5，其布置方式如下：按照距离震源7越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面10周边以及超前300m范围内矿震频发的原则，在轨道顺槽1、胶带顺槽2超前采煤工作面50～200m范围内各布置1个大量程型拾震传感器3，在超前采煤工作面200～500m范围内各布置1个中量程型拾震传感器4，在超前采煤工作面500～1000m范围内各布置1个小量程型拾震传感器5，在轨道顺槽1与回风大巷11交叉区域、胶带顺槽2与运输大巷12交叉区域各布置1个小量程型拾震传感器5，同时，使轨道顺槽1和胶带顺槽2中安装的拾震传感器上下之间相互交错布置并形成覆盖采煤工作面(10)周边及超前区域的覆盖监测系统，并确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行实时监测，这样，可以满足监测期间内的有效监测、准确定位与能量计算的需求；
图1中示意出了采空区9和运输大巷12为边界的矿震监测台网布置及震源分布情况。
图3给出了某一拾震传感器(大量程型拾震传感器或中量程型拾震传感器)接收大能量矿震的波形示意图；
步骤二：利用通信电缆6建立各个拾震传感器之间以及与地面信号采集站13的通信连接，利用通信光缆建立地面信号采集站13与监测计算机14的通信连接；
步骤三：在采煤工作面10向前开采过程中，由于采动扰动的作用，上覆顶板岩层会发生断裂、破坏的情况，进而会产生矿震，其震动波被布置在轨道顺槽1、胶带顺槽2的拾震传感器接收，形成震动波传播射线8，利用覆盖监测系统对震源7产生的以震动波传播射线8为传播路径的震动波信号进行实时采集，并通过通信电缆6实时传输至地面信号采集站13，再通过地面信号采集站13将接收到震动波信号实时发送给监测计算机14；
步骤四：通过监测计算机14根据所接收的震动波信号确定波形到时时间，并进一步得到各个震源7所产生的震动波传播射线8、由各个震源7产生的震动波传播至各个拾震传感器安装位置点后引起的最大振动速度、各个震源7的空间位置和能量、各个震源7空间位置的中心点与各个拾震传感器的安装位置点之间的直线距离；
步骤五：基于历史一段时间内的矿震数据，采用经验分类法，根据拾震传感器接收矿震的最大振动速度，初步判别该矿震传播至该拾震传感器所在巷道围岩的影响情况，当最大振动速度＜0.2m/s时，对巷道围岩稳定性有一定影响，评估为Ⅰ级影响，当最大振动速度为0.2～0.4m/s时(包括0.2m/s和0.4m/s两个端点值)，对巷道围岩稳定性影响较小，产生小的破坏，出现裂缝、剥落等现象，评估为Ⅱ级影响，当最大振动速度＞0.4m/s时，对巷道围岩稳定性影响明显，出现大的新裂缝，评估为Ⅲ级影响；
步骤六：根据拾震传感器安装位置点实际的巷道围岩情况对步骤五中的评估结果进行验证，若评估结果与现场实际情况相符，执行步骤十一，若评估结果与现场实际情况不相符，执行步骤七；
步骤七：基于采煤工作面10周边及其超前监测区域历史一段时间内的矿震数据，利用监测计算机14统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合得到该区域内矿震振动速度、震源7和拾震传感器之间距离的衰减公式(1)；
式中，(PPV)ij表示一个震源7i产生的震动波由其中心点传播至拾震传感器j的安装位置点后引起的质点峰值速度；α表示比例系数，一个震源7对应一个值，一个监测区域若干个震源7的比例系数取所有震源7比例系数的平均值；rij表示震源7i中心点与拾震传感器j安装位置点之间的直线距离；β表示一个震源7产生的震动波由其中心点传播至一个拾震传感器安装位置点后质点峰值速度的衰减系数，一个监测区域若干个震源7的衰减系数取所有震源7衰减系数的平均值；
步骤八：先从监测计算机14计算所得到的数据中选取震源7i和拾震传感器j，并将震源7i的空间位置坐标xi,yi,zi、拾震传感器j的安装位置坐标xj,yj,zj、震源7i与拾震传感器j之间的直线距离rij、拾震传感器j接收震源i震动波的质点峰值速度PPVij输入到衰减公式(1)中得到α和β之间的关系式，再通过拟合计算的方式得到比例系数α和衰减系数β；
步骤九：在监测区域中的所有震源7i的比例系数α和衰减系数β均得到以后，分别求其平均值作为若干个震源7的比例系数α0和若干个震源7的衰减系数β0；
步骤十：确认该监测区域矿震振动速度衰减公式(2)；
步骤十一：计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度；
当某监测区域的大能量矿震最大振动速度未知时，利用衰减公式(2)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度(PPV)i′j；当某监测区域的大能量矿震最大振动速度已知时，利用衰减公式(3)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度图4给出了某大能量矿震振动速度衰减特征分析图；
式中，表示震源7i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后引起的质点峰值速度；(PPV)imax表示该监测区域震源7i的最大质点峰值速度；λ表示震源7i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后质点峰值速度的衰减系数；/>表示震源7i空间位置的中心点到震动波传播至任一j0点位置之间的距离；
步骤十二：确定致灾速度临界值；若在当前质点峰值速度下，j0点位置巷道围岩发生明显破坏、出现裂缝，对巷道围岩稳定性造成明显影响，则当前质点峰值速度具有致灾性，确定当前质点峰值速度为致灾速度临界值；
步骤十三：对于采煤工作面10回采期间产生的矿震，基于微震监测确定该矿震为大能量矿震时，根据步骤十一中的方式计算出该大能量矿震从震源7产生传播至采煤工作面10轨道顺槽1、胶带顺槽2任一位置的质点峰值速度(PPV)i′j或当质点峰值速度(PPV)i′j或/>超过该监测区域致灾速度临界值时，则判别该大能量矿震具有致灾性，应及时采取卸压解危措施，加强冲击地压危险监测和巷道支护强度，反之，该大能量矿震未有致灾性，加强冲击地压危险监测，正常进行采掘作业。
为了在能更全面的覆盖待监测区域的同时，还能有效节省拾震传感器的布设数量，在步骤一中，布置在轨道顺槽1巷道内的多个拾震传感器和布置在胶带顺槽2巷道内的多个拾震传感器之间形成呈W或M形的相交错布置方式。
为了有效提高振动速度计算结果的准确性，在步骤八中，确保拟合效果不小于85％。
为了能够确保在整个开采期间均能够对矿震进行有效的监测，并能准确评估大能量矿震或者强矿震是否会对采掘空间、巷道围岩造成破坏，在采煤工作面10向前开采过程中，当采煤工作面10距离布置在轨道顺槽1、胶带顺槽2中的大量程型拾震传感器3小于50m时，向前挪移大量程型拾震传感器3至采煤工作面10超前50～200m的位置，同时，将中量程型拾震传感器4和小量程型拾震传感器5也相应地分别向前挪移至采煤工作面10超前200～500m的位置、500～1000m的位置。
由于井下监测的矿震能量越大，其振动速度也越大。常用的普通拾震传感器，即小量程型拾震传感器，通常只能接收振动速度小于0.625mm/s的矿震，也只能记录振动速度小于0.625mm/s矿震的完整震动波波形。而对于布置在距离采煤工作面较近位置的小量程型拾震传感器，当监测的矿震振动速度超过0.625mm/s时，其无法记录完整的震动波波形，从而无法有效得知接收震动波的最大振动速度。本发明按照震源距离拾震传感器越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面周边及超前300m范围内矿震频发的原则，在超前采煤工作面50～200m范围内、200～500m范围内分别布置了大量程型拾震传感器、中量程型拾震传感器，分别可以有效接收最大振动速度为1.0m/s、0.5m/s的矿震，再配合超前采煤工作面500外的小量程型拾震传感器，不仅可以实现对不同能量矿震的实时在线监测，还可以有效实现对大能量矿震完整波形的实时在线监测与记录，从而可以方便准确获得大能量矿震传播至拾震传感器时的最大振动速度，有效确保了所获得监测数据的全面性和准确性。基于采煤工作面周边及其超前监测区域某一段时间内的矿震数据，统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合求出该区域内矿震振动速度与震源和拾震传感器之间距离的衰减公式，可以在已知震源和拾震传感器之间的距离时，计算得出该矿震在不同传播距离下的振动速度，进而可以根据矿震振动速度与巷道围岩稳定性之间的关系，进一步判别出大能量矿震传播至某位置时的振动速度是否会造成巷道破坏，这样可以有效对大能量矿震传播至某位置下的致灾性进行科学合理的判识，能便于及时采取措施确保煤矿的安全生产作业。确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行监测，这样，可以满足监测期间内的有效监测、准确定位与能量计算的需求；由于震动波在大型地质构造区域传播过程中的振动速度的衰减情况与正常区域的衰减特性不同，因而，对于大型地质构造区域和正常区域，分别建立矿震质点峰值速度与不同传播距离下的衰减公式，可以准确的确定出不同区域下大能量矿震传播过程中的致灾速度，进而可以通过对不同地质构造区域分区域判识的方式来准确的判定出大能量矿震是否具有致灾性。
本发明提供的矿震危险性预评估方法、矿震振动速度衰减公式以及大能量矿震致灾性判识的方法中各个指标物理意义清晰、操作性强、结果可靠，其在现有微震监测基础上，引入大量程型拾震传感器、中量程型拾震传感器，优化了矿震监测台网布置，实现了对大能量矿震进行有效监测，可准确的获得大能量矿震完整波形信息，进而可准确确定出最大振动速度，该方法具有坚实的理论支撑，可分区域量化分析矿震震动波传播期间不同距离下的振动速度及衰减特征，进一步确定大能量矿震致灾性振动速度，有效判识出大能量矿震的冲击危险性，划分出冲击危险区域，实现了对冲击地压危险的准确预测。
Claims (4)
1.一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在采煤工作面(10)回采前方轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)巷道底板进行拾震传感器的布置，拾震传感器包括大量程型拾震传感器(3)、中量程型拾震传感器(4)和小量程型拾震传感器(5)，其布置方式如下：按照距离震源(7)越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面(10)周边以及超前300m范围内矿震频发的原则，在轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)超前采煤工作面(10)50～200m范围内各布置1个大量程型拾震传感器(3)，在超前采煤工作面(10)200～500m范围内各布置1个中量程型拾震传感器(4)，在超前采煤工作面(10)500～1000m范围内各布置1个小量程型拾震传感器(5)，在轨道顺槽(1)与回风大巷(11)交叉区域、胶带顺槽(2)与运输大巷(12)交叉区域各布置1个小量程型拾震传感器(5)，同时，使轨道顺槽(1)和胶带顺槽(2)中安装的拾震传感器上下之间相互交错布置并形成覆盖采煤工作面(10)周边及超前区域的覆盖监测系统，并确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行实时监测；
步骤二：利用通信电缆(6)建立各个拾震传感器之间以及与地面信号采集站(13)的通信连接，利用通信光缆建立地面信号采集站(13)与监测计算机(14)的通信连接；
步骤三：在采煤工作面(10)向前开采过程中，利用覆盖监测系统对震源(7)产生的以震动波传播射线(8)为传播路径的震动波信号进行实时采集，并通过通信电缆(6)实时传输至地面信号采集站(13)，再通过地面信号采集站(13)将接收到震动波信号实时发送给监测计算机(14)；
步骤四：通过监测计算机(14)根据所接收的震动波信号确定波形到时时间，并进一步得到各个震源(7)所产生的震动波传播射线(8)、由各个震源(7)产生的震动波传播至各个拾震传感器安装位置点后引起的最大振动速度、各个震源(7)的空间位置和能量、各个震源(7)空间位置的中心点与各个拾震传感器的安装位置点之间的直线距离；
步骤五：基于历史一段时间内的矿震数据，采用经验分类法，初步判别该矿震传播至该拾震传感器所在巷道围岩的影响情况，当最大振动速度＜0.2m/s时，评估为Ⅰ级影响，当最大振动速度为0.2～0.4m/s时，评估为Ⅱ级影响，当最大振动速度＞0.4m/s时，评估为Ⅲ级影响；
步骤六：根据拾震传感器安装位置点实际的巷道围岩情况对步骤五中的评估结果进行验证，若评估结果与现场实际情况相符，执行步骤十一，若评估结果与现场实际情况不相符，执行步骤七；
步骤七：基于采煤工作面(10)周边及其超前监测区域历史一段时间内的矿震数据，利用监测计算机(14)统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合得到该区域内矿震振动速度、震源(7)和拾震传感器之间距离的衰减公式(1)；
式中，(PPV)ij表示一个震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至拾震传感器j的安装位置点后引起的质点峰值速度；α表示比例系数，一个震源(7)对应一个值，一个监测区域若干个震源(7)的比例系数取所有震源(7)比例系数的平均值；rij表示震源(7)i中心点与拾震传感器j安装位置点之间的直线距离；β表示一个震源(7)产生的震动波由其中心点传播至一个拾震传感器安装位置点后质点峰值速度的衰减系数，一个监测区域若干个震源(7)的衰减系数取所有震源(7)衰减系数的平均值；
步骤八：先从监测计算机(14)计算所得到的数据中选取震源(7)i和拾震传感器j，并将震源(7)i的空间位置坐标(xi,yi,zi)、拾震传感器j的安装位置坐标(xj,yj,zj)、震源(7)i与拾震传感器j之间的直线距离rij、拾震传感器j接收震源i震动波的质点峰值速度(PPV)ij输入到衰减公式(1)中得到α和β之间的关系式，再通过拟合计算的方式得到比例系数α和衰减系数β；
步骤九：在监测区域中的所有震源(7)i的比例系数α和衰减系数β均得到以后，分别求其平均值作为若干个震源(7)的比例系数α0和若干个震源(7)的衰减系数β0；
步骤十：确认该监测区域矿震振动速度衰减公式(2)；
步骤十一：计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度；
当某监测区域的大能量矿震最大振动速度未知时，利用衰减公式(2)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度(PPV)i′j；当某监测区域的大能量矿震最大振动速度已知时，利用衰减公式(3)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度
式中，表示震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后引起的质点峰值速度；(PPV)imax表示该监测区域震源(7)i的最大质点峰值速度，即最大振动速度；λ表示震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至任一j0点位置后质点峰值速度的衰减系数；表示震源(7)i空间位置的中心点到震动波传播至任一j0点位置之间的距离；
步骤十二：确定致灾速度临界值；若在当前质点峰值速度下，j0点位置巷道围岩发生明显破坏、出现裂缝，对巷道围岩稳定性造成明显影响，则当前质点峰值速度具有致灾性，确定当前质点峰值速度为致灾速度临界值；
步骤十三：对于采煤工作面(10)回采期间产生的矿震，基于微震监测确定该矿震为大能量矿震时，根据步骤十一中的方式计算出该大能量矿震从震源(7)产生传播至采煤工作面(10)轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)任一位置的质点峰值速度(PPV)i′j或当质点峰值速度(PPV)i′j或/>超过该监测区域致灾速度临界值时，则判别该大能量矿震具有致灾性，应及时采取卸压解危措施，加强冲击地压危险监测和巷道支护强度，反之，该大能量矿震未有致灾性，加强冲击地压危险监测，正常进行采掘作业。
2.根据权利要求1所述的一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，其特征在于，在步骤一中，布置在轨道顺槽(1)巷道内的多个拾震传感器和布置在胶带顺槽(2)巷道内的多个拾震传感器之间形成呈W或M形的相交错布置方式。
3.根据权利要求1所述的一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，其特征在于，在步骤八中，确保拟合效果不小于85％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，其特征在于，在采煤工作面(10)向前开采过程中，当采煤工作面(10)距离布置在轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)中的大量程型拾震传感器(3)小于50m时，向前挪移大量程型拾震传感器(3)至采煤工作面(10)超前50～200m的位置，同时，将中量程型拾震传感器(4)和小量程型拾震传感器(5)也相应地分别向前挪移至采煤工作面(10)超前200～500m的位置、500～1000m的位置。
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|---|---|---|---|---|
| CN116577820B (zh) * | 2023-04-10 | 2024-02-13 | 安徽理工大学 | 一种煤矿危险性矿震判识方法 |
| CN117331118A (zh) * | 2023-10-18 | 2024-01-02 | 华亭煤业集团有限责任公司 | 确保微震监测有效爆破信号的最小炸药量确定方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2105998C1 (ru) * | 1996-07-25 | 1998-02-27 | Объединенный институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН | Способ сейсмического микрорайонирования |
| JP2010101903A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-05-06 | Real Time Jishin Joho Riyo Kyogikai | リアルタイム地震危険度予測方法 |
| WO2014209141A2 (en) * | 2014-10-30 | 2014-12-31 | Instytut Technik Innowacyjnych Emag | Method and system for assessing a risk of high-energy earth bursts generated by underground mining |
| CN110531414A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-03 | 中国矿业大学 | 一种高倾角多层界面的反射地震断层精细探测方法 |
| CN114878051A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-08-09 | 中国矿业大学 | 一种基于钻孔应力分布的巷帮煤体冲击危险评估方法 |
| CN114994791A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 中国矿业大学 | 一种用于评估井地一体微震监测系统监测能力的方法 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108254782B (zh) * | 2018-02-09 | 2019-11-05 | 中国地质大学（北京） | 一种边坡地震破坏失稳概率的获取方法及系统 |
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Patent Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| RU2105998C1 (ru) * | 1996-07-25 | 1998-02-27 | Объединенный институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта РАН | Способ сейсмического микрорайонирования |
| JP2010101903A (ja) * | 2009-12-25 | 2010-05-06 | Real Time Jishin Joho Riyo Kyogikai | リアルタイム地震危険度予測方法 |
| WO2014209141A2 (en) * | 2014-10-30 | 2014-12-31 | Instytut Technik Innowacyjnych Emag | Method and system for assessing a risk of high-energy earth bursts generated by underground mining |
| CN110531414A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-03 | 中国矿业大学 | 一种高倾角多层界面的反射地震断层精细探测方法 |
| CN114994791A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 中国矿业大学 | 一种用于评估井地一体微震监测系统监测能力的方法 |
| CN114878051A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-08-09 | 中国矿业大学 | 一种基于钻孔应力分布的巷帮煤体冲击危险评估方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于微震群震动波能量衰减特性的冲击地压危险预测方法;刘耀琪 等;煤炭学报;第47卷(第04期);第1523-1533页 * |
| 煤岩"震-冲"动力系统冲击失稳致灾机制研究;吕鹏飞;陈学华;;中国安全科学学报(第04期);第145-150页 * |
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