本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)及采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法。

背景技術(shù)：

水源、水量和導(dǎo)水通道是煤礦突水的三大基本要素水源，作為對水源和水量起決定作用的含水層，其補給和排泄條件具有區(qū)域性和面狀分布的特點，也是研究較為成熟的領(lǐng)域。在煤層開采前，對潛在導(dǎo)水通道的探測研究的比較少，尤其是對導(dǎo)水通道的“靜態(tài)”原位研究更少涉足；在煤層開采期間，對導(dǎo)水通道的“動態(tài)”破裂失穩(wěn)過程和活化規(guī)律的實時監(jiān)測和研究則更少。巖體“靜態(tài)”存在特征和“動態(tài)”破壞過程研究的不足，貫穿了煤礦防治水工程的全過程，是突水事故頻發(fā)不斷的主要原因。

現(xiàn)階段，關(guān)于導(dǎo)水通道的研究主要集中在對導(dǎo)水通道的探測，水通道得探測方法主要有以下幾種方法：電法探測、紅外探測、瞬變電磁探測和電波透視探測。顯然上述方法既不能對潛在導(dǎo)水通進行探測研究，也不能導(dǎo)水通道的“動態(tài)”破裂失穩(wěn)過程和活化規(guī)律的實時監(jiān)測。近年來，作為一種巖體微破裂三維空間監(jiān)測技術(shù)的微震監(jiān)測技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在煤礦安全生產(chǎn)方面開展了大量應(yīng)用。前人的研究表明，微震監(jiān)測技術(shù)是一種監(jiān)測巖體“動態(tài)”破裂失穩(wěn)過程和構(gòu)造活化規(guī)律的有效方法，微震監(jiān)測是實現(xiàn)突水預(yù)警預(yù)報的強有力的地球物理監(jiān)測手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種經(jīng)濟、有效的基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測煤礦建立微震監(jiān)測系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測系統(tǒng)；

S2：根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實時波形數(shù)據(jù)依次進行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖；

S3：統(tǒng)計和分析工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的涌水量之間的關(guān)系，得到底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間；

S4：根據(jù)底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間內(nèi)的能量密度演化圖，確定微震事件的能量密度閾值，作出底板微震事件的能量密度云圖；

S5：觀察微震事件底板微震事件的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域，確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置；

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進而觀察能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。

優(yōu)選地，所述步驟S1中的微震監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)的微震檢波器，微震檢波器安裝在非開采幫，設(shè)于硬巖內(nèi)，緊貼巖壁，在沿煤礦走向方向和深度方向呈交錯布置，環(huán)繞待監(jiān)測的目標(biāo)區(qū)域；微震檢波器與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過交換機、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲處理終端相連。

優(yōu)選地，所述涌水量監(jiān)測系統(tǒng)包括一個已知截面積的標(biāo)準(zhǔn)斷面和流速儀；工作面所有底板用水量都流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)斷面，并且保證水流完全覆蓋整個標(biāo)準(zhǔn)斷面；流速儀與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過交換機、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲和處理終端相連。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，微震監(jiān)測系統(tǒng)可能監(jiān)測到的波形信號包括爆破信號、敲擊實驗信號、干擾信號和微震信號，這四種波形型號存在典型區(qū)別，微震信號可以看到明顯的P波起震，然后衰減，緊接著S波起震，然后衰減的完整過程，微震事件持續(xù)的事件一般不超過300ms，微震主頻率一般不超過200，并且至少被四個傳感器接收到信號，以此作為微震事件判定的依據(jù)。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，所述微震事件定位，首先確定每個傳感器的微震事件波形的P波起震位置和S波起震位置，然后對微震事件進行定位，從而確定微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時間；所述震源參數(shù)的確定，在微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時間確定的條件下，通過分析波形，采用地震學(xué)的基本模型，從而確定微震事件的能量和矩震級。

優(yōu)選地，對微震事件進行定位采用相對定位法、單純形法及其混合定位法、震源位置和臺站聯(lián)合校正法、Geiger及各種改進法、最小二乘法、臺偶時差法、EHB法以及雙重殘差法中的一種或幾種方法的組合。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，依據(jù)微震事件數(shù)的短時間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的一種煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法，微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測獲得微震事件定位信息和震源參數(shù)，涌水量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測每天的涌水量，并通過微震事件數(shù)的短時間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間，然后作出能量密度云圖，通過觀測能量密度云圖最終得到底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置，最后根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進而確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。該方法對于拓寬微震監(jiān)測的應(yīng)用范圍，減少煤礦資金投入，保障礦山安全生產(chǎn)具有極強的經(jīng)濟價值和社會意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例一中工作面底板微震事件數(shù)與涌水量之間的關(guān)系示意圖；

圖3是圖2中A點2015年6月11號對應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖4是圖2中B點2015年7月10號對應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖5是圖2中C點2015年7月23號對應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖6是本發(fā)明實施例一中工作面底板+240m處微震事件的能量密度云圖；

圖7是本發(fā)明實施例一中工作面底板+230m處微震事件的能量密度云圖；

圖8是本發(fā)明實施例一中工作面底板+220m處微震事件的能量密度云圖；

圖9是本發(fā)明實施例一中工作面底板+210m處微震事件的能量密度云圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明：

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測煤礦建立微震監(jiān)測系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測系統(tǒng)。

其中微震監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)的微震檢波器，微震檢波器布設(shè)的基本原則包括：(1)微震檢波器安裝在軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)，在沿煤礦走向方向和深度方向呈交錯布置；(2)布置在非開采幫；(3)在軌道巷或回風(fēng)巷內(nèi)微震檢波器間距在100m，局部位置檢波器間距加密至60m。(4)微震檢波器布置于硬巖內(nèi)，緊貼巖壁；(5)微震檢波器在水平上和垂直方向上交錯，環(huán)繞待監(jiān)測的目標(biāo)區(qū)域布置。

根據(jù)上述微震檢波器布設(shè)基本原則、監(jiān)測目的和待監(jiān)測煤礦工作面實際地質(zhì)情況，確定好微震檢波器布置方位，微震檢波器布置情況主要有兩種：第一種，在井下巷道空間具備條件時，采用沿巷道兩側(cè)各布置15個微震檢波器，微震檢波器間距控制在50m-100m之間；第二種，在井下巷道空間不具備條件時，采用15個檢波器布置在一個巷道內(nèi)，安裝微震檢波器的鉆孔應(yīng)分布同一巷道的兩側(cè)，以避免微震檢波器在同一條直線上，安裝微震檢波器的鉆孔應(yīng)朝不同的方向，以避免微震檢波器在同一平面上。

安裝好微震檢波器后，將微震檢波器通過礦用電纜(礦用3芯帶屏蔽通信電纜，截面0.75mm²-1.00mm²)連接至井下工作站。通過敲擊試驗確定微震檢波器與井下工作站的對應(yīng)關(guān)系。井下工作站一般采用串聯(lián)方式來傳輸數(shù)據(jù)，微震監(jiān)測實時數(shù)據(jù)通過微震檢波器獲得，然后通過電纜傳送至井下工作站，井下工作站通過交換機、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖傳送至地表數(shù)據(jù)存儲處理終端。

涌水量監(jiān)測系統(tǒng)包括一個已知截面積的標(biāo)準(zhǔn)斷面和流速儀；工作面所有底板用水量都流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)斷面，并且保證水流完全覆蓋整個標(biāo)準(zhǔn)斷面；流速儀與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過交換機、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲和處理終端相連。

S2：微震監(jiān)測系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測系統(tǒng)均通過光纖將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳到設(shè)置在地面上的地表數(shù)據(jù)存儲處理終端，根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實時波形數(shù)據(jù)依次進行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖。

濾波主要是指將一些有規(guī)律性的干擾波形信號過濾掉，提高微震事件判定的效率和準(zhǔn)確度。微震監(jiān)測系統(tǒng)可能監(jiān)測到的波形信號包括爆破信號、敲擊實驗信號、干擾信號和微震信號，這四種波形型號存在典型區(qū)別，微震信號可以看到明顯的P波起震，然后衰減，緊接著S波起震，然后衰減的完整過程，微震事件持續(xù)的事件一般不超過300ms，微震主頻率一般不超過200，并且至少被四個傳感器接收到信號，以此作為微震事件判定的依據(jù)。

所述微震事件定位，首先確定每個傳感器的微震事件波形的P波起震位置和S波起震位置，然后采用相對定位法、單純形法及其混合定位法、震源位置和臺站聯(lián)合校正法、Geiger及各種改進法、最小二乘法、臺偶時差法、EHB法以及雙重殘差法中的一種或幾種方法的組合對微震事件進行定位，從而確定微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時間；所述震源參數(shù)的確定，在微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時間確定的條件下，通過分析波形，采用地震學(xué)的基本模型，從而確定微震事件的能量和矩震級。

S3：通過流速計和標(biāo)準(zhǔn)斷面計算得出工作面涌水量，統(tǒng)計和分析工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的涌水量之間的關(guān)系，依據(jù)微震事件數(shù)的短時間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間。

S4：根據(jù)底板導(dǎo)水通道形成的過程和時間內(nèi)的能量密度演化圖，確定微震事件的能量密度閾值，作出底板微震事件的能量密度云圖；

S5：觀察微震事件底板微震事件的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域，確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置；

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進而觀察能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。

通過具體的實施例對上述導(dǎo)水通道識別方法作進一步說明：

實施例一

本實施例的基于微震監(jiān)測的煤礦底板導(dǎo)水通道識別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測煤礦建立微震監(jiān)測系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測系統(tǒng)。微震檢波器沿巷道兩側(cè)各布置15個，微震檢波器間距為60m。

S2：在采煤工作開始進行后，24小時不間斷采集工作面的微震監(jiān)測數(shù)據(jù)，采集過程中，應(yīng)對工作面進度以及工作面地質(zhì)情況做好詳細(xì)記錄。微震監(jiān)測系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測系統(tǒng)均通過光纖將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳到設(shè)置在地面上的地表數(shù)據(jù)存儲處理終端，根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的實時波形數(shù)據(jù)依次進行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖。

S3：工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的涌水量之間的關(guān)系如圖2所示，依據(jù)微震事件的短時間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，判斷底板導(dǎo)水通道開始形成的時間為2015年6月11日，至2015年7月10日底板導(dǎo)水通道基本形成。

S4：如圖3至圖5，根據(jù)2015年6月11日、2015年7月10日以及2015年7月23號的能量密度演化圖，確定適當(dāng)?shù)奈⒄鹗录哪芰棵芏乳撝滴粸?.05，根據(jù)微震事件的能量密度閾值作出底板微震事件的能量密度云圖。

S5：觀測如圖6至圖9的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量能量密度高于能量密度閾值0.05的區(qū)域，從而確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置為工作面點前距499m至628m位置，靠近軌道巷一側(cè)。

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定該區(qū)域底板標(biāo)高為+240m，進而觀察如圖6至圖9的能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度為30m。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。