CN116577820B - 一种煤矿危险性矿震判识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿危险性矿震判识方法，先根据各个拾震器接收的震动波数据获取实体煤区域和采空区区域矿震的坐标及能量，并确定实体煤区域和采空区区域矿震能量衰减系数η实和η空；以诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临并结合上述获得的数据，反算不同能量矿震在实体煤区域和采空区区域的距离D实和D空，并根据该煤矿的地质图像以巷道为圆心、以覆岩岩层破断线为分界，在巷道实体煤侧和采空区侧分别以D实和D空为半径绘制圆弧分界线；根据相同能量的矿震在该图像内是否分布在圆弧分界线以内对危险性矿震进行判别；最终能从煤矿中发生的矿震中识别出危险性矿震，进而针对危险性矿震进行工作面冲击风险监测预警及冲击地压防治。

Description

一种煤矿危险性矿震判识方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿危险性矿震判识方法，属于煤矿冲击地压防治技术领域。
背景技术
在煤矿开采的过程中，采空区覆岩破断、超前区域煤岩体破裂及断层滑移等均可诱发矿震，矿震以应力波形式向周围三维空间传播，对围岩产生动载扰动作用，当其产生的动载达到一定强度，叠加煤岩体高静载应力后可诱发冲击地压等煤岩动力灾害，严重制约了煤矿尤其是深部开采工作面安全高效生产。但当矿震能量小、距采掘工作面和巷道较远时，由于传播过程中地层对应力波能量具有一定的衰减和消耗作用，其对采掘空间和巷道周围煤岩体动载作用较弱，并不会诱发灾害。因此，矿震是煤矿煤炭开采的必然产物，对煤矿矿震并不能一概而论，并不是所有矿震都能致灾，矿震的致灾风险与其能量、距采掘空间和巷道距离及支护强度等密切相关，其中即使能量较小、但距采掘工作面或巷道非常近的矿震也可诱发冲击地压灾害，而能量较大、但距离采掘工作面或巷道非常远的矿震则不会诱发冲击地压灾害。目前，大部分煤矿内均安装了矿井微震监测系统及其配套拾震器，这些煤矿仅以能量来评判矿震，生产过程中谈“震”色变，一旦通过矿井微震监测系统监测到煤矿发生能量大于设定能量值的矿震，就会针对性的加大区域卸压解危强度，将每次超过设定能量值的矿震均认为是灾害，使矿井卸压解危实施具有一定的盲目性，另外由于进行区域卸压解危时会降低煤矿生产效率，且多次区域卸压解危也会导致生产成本的提高。实际上能够导致采掘空间和巷道围岩灾变诱发冲击地压的矿震可称为危险性矿震，其他仅有扰动作用而不致灾的矿震可称为常规矿震。因此，危险性矿震的有效判别对于正确认识矿震、工作面冲击风险监测预警及冲击地压防治具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿危险性矿震判识方法，能从煤矿中发生的矿震中识别出危险性矿震，进而针对危险性矿震进行工作面冲击风险监测预警及冲击地压防治。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤矿危险性矿震判识方法，具体步骤为：
步骤一、利用井下已安装的微震监测系统及其配套的拾震器，监测工作面回采过程中临近实体煤区域及临近采空区内矿震发生时各个拾震器监测到的震动波波形，根据各个拾震器的P波到时分别选择距离实体煤区域内矿震震源较近的n个拾震器(对于实体煤矿震需选择震源与拾震器直线不穿过采空区的拾震器，如有穿过采空区的拾震器即使其距离震源更近也需舍弃)、和距离采空区区域内矿震震源较近的n个拾震器，分别分析实体煤区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时和质点震动速度，以及采空区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时和质点震动速度，同时记录实体煤区域内和采空区区域内各自矿震的三维坐标(x0，y0，z0)及其能量；
步骤二、根据步骤一获取的数据，分别计算实体煤区域内和采空区区域内各自矿震位置距各自选择的拾震器间的空间距离di，以每个矿震位置距各拾震器间的空间距离di为自变量，以每个矿震发生时各拾震器质点震动速度为因变量，按幂函数形式进行拟合，得到该函数的指数，即震动波衰减系数λ；
其中，V0为矿震震源处质点震动速度，di为第i个拾震器与矿震之间的空间距离；
步骤三、根据步骤二获取实体煤区域内多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到实体煤区域震动波衰减系数λ实，并获取采空区区域多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到采空区区域矿震震动波衰减系数λ空；在此基础上，分别计算得到实体煤区域矿震能量衰减系数η实＝2×λ实、采空区区域矿震能量衰减系数η空＝2×λ空；
步骤四、以诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临并结合步骤三获得的数据，先设定一个矿震能量值为E且E≥E临，分别反算实体煤区域和采空区区域能量值为E的矿震且该矿震震动波传播至巷道时能量衰减至E临的距离D实和D空，并根据该煤矿工作面岩层分布倾向剖面图以巷道为圆心、以覆岩岩层破断线为分界，分别在巷道实体煤侧以D实为半径绘制圆弧分界线、在巷道采空区侧以D空为半径绘制圆弧分界线；
步骤五、根据步骤一监测获取的各个矿震能量，并从中选出矿震能量值为E的各个矿震及其坐标位置，将选出的各个矿震标注在步骤四绘制圆弧分界线后的地质图像中，进行判别时，将实体煤区域和采空区区域各自选出矿震中处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为危险性矿震；未处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为常规矿震；完成矿震能量值为E的各个矿震危险性判别；重新设定一个矿震能量值为E1且E1≥E临，并重复步骤四和五，完成当前矿震能量值为E1的各个矿震危险性判别；如此重复多次，能对该煤矿内能量值超过E临的各个矿震进行判别。
进一步，所述步骤一中选择的拾震器数量n≥6。
进一步，所述步骤二中其中(xi，yi，zi)为第i个拾震器的三维坐标。
进一步，所述步骤三中实体煤区域震动波衰减系数采空区区域震动波衰减系数/>
进一步，所述步骤四中诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临取1×104J。
进一步，所述步骤四中反算获得D实和D空的计算公式为：
其中，e为自然常数。
进一步，步骤四中覆岩岩层破断线根据现场实测或数值模拟或相似模拟获得。
与现有技术相比，本发明先分别选择多个靠近实体煤区域及采空区区域的拾震器，并根据各个拾震器接收的震动波数据获取实体煤区域内和采空区区域内各自矿震的三维坐标及其能量，接着确定各个拾震器与各个矿震之间的空间距离，并分别计算获取每个矿震的震动波衰减系数λ；最后经过平均计算后获取实体煤区域内和采空区区域的λ实和λ空，进而确定实体煤区域矿震能量衰减系数η实、采空区区域矿震能量衰减系数η空；接着，以诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临并结合上述获得的数据，反算不同能量矿震在实体煤区域和采空区区域的距离D实和D空，并根据该煤矿的地质图像以巷道为圆心、以覆岩岩层破断线为分界，分别在巷道实体煤侧以D实为半径绘制圆弧分界线、在巷道采空区侧以D空为半径绘制圆弧分界线；最后根据相同能量的矿震在该图像内是否分布在圆弧分界线以内对危险性矿震进行判别；因此本发明能从煤矿中发生的矿震中识别出危险性矿震，进而针对危险性矿震进行工作面冲击风险监测预警及冲击地压防治；而其余确定为常规的矿震，则无需加大区域卸压解危强度，仅需继续观察即可，从而无需每次超过设定能量值的矿震均认为是灾害，使矿井卸压解危实施更有针对性，另外由于区域卸压解危次数减少，也能提高煤矿生产效率，且能降低生产成本。
附图说明
图1是本发明中实体煤区域及采空区区域矿震位置及拾震器选择示意图；
图2是本发明中实体煤区域及采空区区域矿震震动波传播衰减拟合示意图；
图3是本发明中实体煤区域及采空区区域进行危险性矿震判别时的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的具体步骤为：
步骤一、利用井下已安装的微震监测系统及其配套的拾震器，监测工作面回采过程中临近实体煤区域及临近采空区内矿震发生时各个拾震器监测到的震动波波形，根据各个拾震器的P波到时分别选择距离实体煤区域内矿震震源较近的n个拾震器(对于实体煤矿震需选择震源与拾震器直线不穿过采空区的拾震器，如有穿过采空区的拾震器即使其距离震源更近也需舍弃)、和距离采空区区域内矿震震源较近的n个拾震器，n≥6，分别分析实体煤区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时Pp和质点震动速度Vp，以及采空区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时Pp和质点震动速度Vp，同时记录实体煤区域内和采空区区域内各自矿震的三维坐标(x0，y0，z0)及其能量；
步骤二、根据步骤一获取的数据，分别计算实体煤区域内和采空区区域内各自矿震位置距各自选择的拾震器间的空间距离di，如图2所示，以每个矿震位置距各拾震器间的空间距离di为自变量，以每个矿震发生时各拾震器质点震动速度为因变量，按幂函数形式进行拟合，得到该函数的指数，即震动波衰减系数λ；
其中，V0为矿震震源处质点震动速度，di为第i个拾震器与矿震之间的空间距离；其中(xi，yi，zi)为第i个拾震器的三维坐标。
步骤三、根据步骤二获取实体煤区域内多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到实体煤区域震动波衰减系数λ实，并获取采空区区域多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到采空区区域矿震震动波衰减系数λ空；具体公式为：实体煤区域震动波衰减系数采空区区域震动波衰减系数/>在此基础上，分别计算得到实体煤区域矿震能量衰减系数η实＝2×λ实、采空区区域矿震能量衰减系数η空＝2×λ空；
步骤四、以诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临＝1×104J，并结合步骤三获得的数据，先设定一个矿震能量值为E且E≥E临，分别反算实体煤区域和采空区区域能量值为E的矿震且该矿震震动波传播至巷道时能量衰减至E临的距离D实和D空，具体的计算公式为：
其中，e为自然常数。
如图3所示，并根据该煤矿工作面岩层分布倾向剖面图以巷道为圆心、以覆岩岩层破断线为分界，分别在巷道实体煤侧以D实为半径绘制圆弧分界线、在巷道采空区侧以D空为半径绘制圆弧分界线；所述覆岩岩层破断线根据现场实测或数值模拟或相似模拟获得
步骤五、根据步骤一监测获取的各个矿震能量，并从中选出矿震能量值为E的各个矿震及其坐标位置，将选出的各个矿震标注在步骤四绘制圆弧分界线后的地质图像中，进行判别时，将实体煤区域和采空区区域各自选出矿震中处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为危险性矿震；未处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为常规矿震；完成矿震能量值为E的各个矿震危险性判别；重新设定一个矿震能量值为E1且E1≥E临，并重复步骤四和五，完成当前矿震能量值为E1的各个矿震危险性判别；如此重复多次，能对该煤矿内能量值超过E临的各个矿震进行判别。
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 (7)

1.一种煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、利用井下已安装的微震监测系统及其配套的拾震器，监测工作面回采过程中临近实体煤区域及临近采空区内矿震发生时各个拾震器监测到的震动波波形，根据各个拾震器的P波到时分别选择距离实体煤区域内矿震震源较近的n个拾震器、和距离采空区区域内矿震震源较近的n个拾震器，分别分析实体煤区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时和质点震动速度，以及采空区域内矿震震动波传播至选择的各个拾震器时的P波到时和质点震动速度，同时记录实体煤区域内和采空区区域内各自矿震的坐标及其能量；
步骤二、根据步骤一获取的数据，分别计算实体煤区域内和采空区区域内各自矿震位置距各自选择的拾震器间的空间距离di，以每个矿震位置距各拾震器间的空间距离di为自变量，以每个矿震发生时各拾震器质点震动速度为因变量，按幂函数形式进行拟合，得到该函数的指数，即震动波衰减系数λ；
其中，V0为矿震震源处质点震动速度，di为第i个拾震器与矿震之间的空间距离；
步骤三、根据步骤二获取实体煤区域内多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到实体煤区域震动波衰减系数λ实，并获取采空区区域多个矿震的震动波衰减系数并求平均值，得到采空区区域矿震震动波衰减系数λ空；在此基础上，分别计算得到实体煤区域矿震能量衰减系数η实＝2×λ实、采空区区域矿震能量衰减系数η空＝2×λ空；
步骤四、以诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临并结合步骤三获得的数据，先设定一个矿震能量值为E且E≥E临，分别反算实体煤区域和采空区区域能量值为E的矿震且该矿震震动波传播至巷道时能量衰减至E临的距离D实和D空，并根据该煤矿工作面岩层分布倾向剖面图以巷道为圆心、以覆岩岩层破断线为分界，分别在巷道实体煤侧以D实为半径绘制圆弧分界线、在巷道采空区侧以D空为半径绘制圆弧分界线；
步骤五、根据步骤一监测获取的各个矿震能量，并从中选出矿震能量值为E的各个矿震及其坐标位置，将选出的各个矿震标注在步骤四绘制圆弧分界线后的地质图像中，进行判别时，将实体煤区域和采空区区域各自选出矿震中处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为危险性矿震；未处于各自圆弧分界线以内的矿震确定为常规矿震；完成矿震能量值为E的各个矿震危险性判别；重新设定一个矿震能量值为E1且E1≥E临，并重复步骤四和五，完成当前矿震能量值为E1的各个矿震危险性判别；如此重复多次，能对该煤矿内能量值超过E临的各个矿震进行判别。
2.根据权利要求1所述煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，所述步骤一中选择的拾震器数量n≥6。
3.根据权利要求1所述煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，所述步骤二中其中(xi，yi，zi)为第i个拾震器的三维坐标。
4.根据权利要求1所述的煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，所述步骤三中实体煤区域震动波衰减系数采空区区域震动波衰减系数
5.根据权利要求1所述煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，所述步骤四中诱发巷道冲击的巷道处临界动载能量E临取1×104J。
6.根据权利要求1所述煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，所述步骤四中反算获得D实和D空的计算公式为：
其中，e为自然常数。
7.根据权利要求1所述煤矿危险性矿震判识方法，其特征在于，步骤四中覆岩岩层破断线根据现场实测或数值模拟或相似模拟获得。
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