專(zhuān)利名稱(chēng)：煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦中震動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，具體為一種煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
沖擊礦壓是井下圍巖(煤或巖石)突然破壞，引起劇烈震動(dòng)并伴有大量煤(巖)塊拋出的一種礦壓顯現(xiàn)，是一種嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的動(dòng)力災(zāi)害。沖擊產(chǎn)生的動(dòng)力將煤巖拋向巷道，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈聲響，造成煤巖體震動(dòng)和煤巖體破壞、支架與設(shè)備損壞、人員傷亡、 部分巷道垮落破壞等。沖擊礦壓還會(huì)引起或可能引發(fā)其他礦井災(zāi)害，尤其是瓦斯與煤塵爆炸、火災(zāi)以及水災(zāi)等，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)造成地面震動(dòng)和建筑物破壞。因此，沖擊礦壓是煤礦重大動(dòng)力災(zāi)害之一。自1738年英國(guó)南史塔福礦井發(fā)生世界上第一次沖擊礦壓現(xiàn)象以來(lái)，世界各主要采煤國(guó)家均發(fā)生了沖擊礦壓現(xiàn)象，造成了程度大小不同的傷亡事故。我國(guó)自 1933年在撫順勝利礦發(fā)生第一次沖擊礦壓現(xiàn)象以后，先后在北京、華豐、新汶、徐州、義馬、 兗州、平頂山以及大同等50多個(gè)礦區(qū)發(fā)生了沖擊礦壓，不僅造成了巷道的坍塌、設(shè)備的掩埋，而且使大量人員傷亡，造成了極大的社會(huì)不良影響，給我國(guó)的煤礦安全形勢(shì)籠罩上了一層陰影。沖擊礦壓具有突發(fā)性、瞬時(shí)震動(dòng)性和巨大破壞性等顯現(xiàn)特征。突發(fā)性是指沖擊礦壓一般沒(méi)明顯的宏觀(guān)前兆而突然發(fā)生，難于事先準(zhǔn)確確定發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度；瞬時(shí)性是指沖擊礦壓發(fā)生的過(guò)程急劇而短暫，像爆炸一樣瞬間產(chǎn)生巨大的聲響和強(qiáng)烈的震動(dòng)， 一般震動(dòng)時(shí)間不超過(guò)幾十秒；巨大的破壞性是指沖擊礦壓發(fā)生時(shí)，頂板可能有瞬間明顯下沉，但一般不冒落，有時(shí)底板突然開(kāi)裂鼓起甚至接頂，通常有大量煤塊甚至上百立方米的煤體突然破碎并從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架，常常造成慘重的人員傷亡和巨大的生產(chǎn)損失。目前沖擊礦壓的監(jiān)測(cè)方法很多，大致可以分為兩類(lèi)一類(lèi)方法是以鉆屑法為基礎(chǔ)的局部探測(cè)法，包括煤巖體變形觀(guān)察法(頂板動(dòng)態(tài)、圍巖變形)、煤巖體應(yīng)力測(cè)量法(相對(duì)應(yīng)力和絕對(duì)應(yīng)力測(cè)量)、流動(dòng)地音監(jiān)測(cè)法、巖餅法，主要用于探測(cè)采掘局部區(qū)段的沖擊危險(xiǎn)程度；第二類(lèi)方法是系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法，包括微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法、電磁輻射法、聲發(fā)射等采礦地球物理方法，根據(jù)連續(xù)記錄煤巖體內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)力現(xiàn)象，預(yù)測(cè)煤礦動(dòng)力現(xiàn)象危險(xiǎn)狀態(tài)。利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)研究沖擊礦壓是一個(gè)交叉學(xué)科，涉及到地質(zhì)學(xué)、巖石(損傷、斷裂)力學(xué)、動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試與分析等多門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)。微震事件的實(shí)質(zhì)是一個(gè)圍巖應(yīng)力、 應(yīng)變、變形、開(kāi)裂、失穩(wěn)及破壞等一系列動(dòng)態(tài)演變過(guò)程的一種表現(xiàn)形式，由于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)可在空間范圍內(nèi)全方位地描述巖層的運(yùn)動(dòng)、破壞、應(yīng)力降及其破壞尺寸和破壞模式，因而有著超越傳統(tǒng)方法的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)θV井范圍進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是一種區(qū)域性、連續(xù)性的監(jiān)測(cè)手段。該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離、動(dòng)態(tài)、三維、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，還可以根據(jù)震源情況確定破裂尺度和性質(zhì)，為預(yù)警礦井全范圍內(nèi)的沖擊礦壓(礦震)的危險(xiǎn)性提供依據(jù)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的監(jiān)測(cè)手段。但由于存在某些具有堅(jiān)硬頂?shù)装搴蛨?jiān)硬煤層的煤層賦存地質(zhì)條件，特別是復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造(如存在斷層、褶曲、舊巷等)堅(jiān)硬復(fù)合頂板沖擊危險(xiǎn)工作面并不容易監(jiān)測(cè)，缺少針對(duì)這種地質(zhì)條件下的微震監(jiān)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決缺乏針對(duì)堅(jiān)硬頂?shù)装搴蛨?jiān)硬煤層的地質(zhì)條件下的微震監(jiān)測(cè)方法的問(wèn)題，提供了一種煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，包括以下步驟，
(1)架設(shè)監(jiān)測(cè)所用的設(shè)備；主要包括中心計(jì)算機(jī)、中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器、帶有信號(hào)監(jiān)測(cè)和分析模塊的數(shù)字信號(hào)記錄器、震動(dòng)記錄性能為IHfeOOHz且?guī)度胧叫盘?hào)傳輸模塊的微震探頭以及它們之間的傳輸線(xiàn)路和電源；微震探頭布置位置滿(mǎn)足以下條件
〔I)微震探頭均布于待測(cè)礦區(qū)四周巷道或硐室內(nèi)，形成立體網(wǎng)狀；
②避免三個(gè)及三個(gè)以上的微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成直線(xiàn)，避免所有微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成二次曲線(xiàn)；
保證微震探頭的位置距開(kāi)采工作面的距離大于200米； 保證微震探頭的位置距產(chǎn)生動(dòng)力干擾和電氣干擾的設(shè)備的距離大于50米； 保證最深煤層處和地面上至少各布置有一個(gè)微震探頭；
需將已采空區(qū)域的微震探頭及時(shí)轉(zhuǎn)移布置到接下來(lái)的區(qū)域，并保證微震探頭正常工作；
微震探頭具體為安裝于錨桿上，微震探頭連接到數(shù)字信號(hào)記錄器，數(shù)字信號(hào)記錄器連接到中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器，中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器連接到中心計(jì)算機(jī)；(2)收集數(shù)據(jù)，匯總分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；具體為監(jiān)測(cè)和收集震動(dòng)波形，記錄并計(jì)算相應(yīng)的頻率、震動(dòng)速度、沖擊能量、 震動(dòng)次數(shù)；
(3)對(duì)異常的參數(shù)情況進(jìn)行分析，對(duì)沖擊礦壓可能發(fā)生的時(shí)間和位置進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明是利用特殊布置的微震監(jiān)測(cè)裝置配合相應(yīng)的軟件進(jìn)行工作的。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，若震動(dòng)波形由高頻和低振動(dòng)速度變?yōu)榈皖l和高振動(dòng)速度，沖擊發(fā)生前沖擊能量和震動(dòng)次數(shù)有明顯變化、幅度較大，變化趨勢(shì)比較異常、出現(xiàn)急劇上升或急劇下降，在這種情況下認(rèn)為可能發(fā)生沖擊礦壓，及時(shí)對(duì)相應(yīng)波形進(jìn)行分析，計(jì)算出沖擊礦壓可能發(fā)生的時(shí)間和位置。本發(fā)明的有益效果如下利用特殊布置的監(jiān)測(cè)裝置和合理的監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于堅(jiān)硬頂?shù)装搴蛨?jiān)硬煤層的地質(zhì)條件下的微震的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明不僅可以解決煤礦開(kāi)采中遇到的沖擊礦壓難題，確保礦井開(kāi)采的順利、安全進(jìn)行，對(duì)于今后在開(kāi)采過(guò)程中的沖擊礦壓防治工作也必將起到積極有效的指導(dǎo)作用，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造(如存在斷層、褶曲、舊巷等)，特別是堅(jiān)硬頂板和堅(jiān)硬煤層工作面的開(kāi)采的監(jiān)測(cè)具有極大的價(jià)值。
具體實(shí)施例方式煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，包括以下步驟，
(1)架設(shè)監(jiān)測(cè)所用的設(shè)備；主要包括中心計(jì)算機(jī)、中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器、帶有信號(hào)監(jiān)測(cè)和分析模塊的數(shù)字信號(hào)記錄器、震動(dòng)記錄性能為IHfeOOHz且?guī)度胧叫盘?hào)傳輸模塊的微震探頭以及它們之間的傳輸線(xiàn)路和電源；微震探頭布置位置滿(mǎn)足以下條件
①微震探頭均布于待測(cè)礦區(qū)四周巷道或硐室內(nèi)，形成立體網(wǎng)狀；
②避免三個(gè)及三個(gè)以上的微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成直線(xiàn)，避免所有微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成二次曲線(xiàn)；
d)保證微震探頭的位置距開(kāi)采工作面的距離大于200米； 保證微震探頭的位置距產(chǎn)生動(dòng)力干擾和電氣干擾的設(shè)備的距離大于50米； 保證最深煤層處和地面上至少各布置有一個(gè)微震探頭；
@需將已采空區(qū)域的微震探頭及時(shí)轉(zhuǎn)移布置到接下來(lái)的區(qū)域，并保證微震探頭正常工作；
微震探頭具體為安裝于錨桿上，微震探頭連接到數(shù)字信號(hào)記錄器，數(shù)字信號(hào)記錄器連接到中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器，中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器連接到中心計(jì)算機(jī)；(2)收集數(shù)據(jù)，匯總分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；具體為監(jiān)測(cè)和收集震動(dòng)波形，記錄并計(jì)算相應(yīng)的頻率、震動(dòng)速度、沖擊能量、 震動(dòng)次數(shù)；
(3)對(duì)異常的參數(shù)情況進(jìn)行分析，對(duì)沖擊礦壓可能發(fā)生的時(shí)間和位置進(jìn)行預(yù)警。具體實(shí)施過(guò)程中，微震探頭具體數(shù)量為16個(gè)。具體應(yīng)用于不同地質(zhì)條件的的煤礦時(shí)先進(jìn)行煤巖試樣變形破裂聲發(fā)射、電磁輻射、微震和超聲波試驗(yàn)，確定煤巖變形破壞的聲發(fā)射、電磁輻射、微震和波速隨應(yīng)力的變化特征；采用數(shù)值模擬軟件分析區(qū)段煤柱對(duì)工作面周?chē)膽?yīng)力分布狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)劃定礦井的沖擊危險(xiǎn)區(qū)域；利用礦井微震監(jiān)測(cè)裝置和處理分析軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。具體為使用波蘭16通道SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用綜合指數(shù)法確定沖擊礦壓危險(xiǎn)程度和危險(xiǎn)性指數(shù)，提出沖擊礦壓危險(xiǎn)的早期預(yù)報(bào)；基于D值優(yōu)化理論， 建立煤礦臺(tái)網(wǎng)布設(shè)優(yōu)化模型，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)微震臺(tái)網(wǎng)布設(shè)；基于波速反演技術(shù)，建立波速求解的理論模型，并構(gòu)建沖擊危險(xiǎn)的預(yù)警指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟，(1)架設(shè)監(jiān)測(cè)所用的設(shè)備；主要包括中心計(jì)算機(jī)、中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器、帶有信號(hào)監(jiān)測(cè)和分析模塊的數(shù)字信號(hào)記錄器、震動(dòng)記錄性能為IHfeOOHz且?guī)度胧叫盘?hào)傳輸模塊的微震探頭以及它們之間的傳輸線(xiàn)路和電源；微震探頭布置位置滿(mǎn)足以下條件①微震探頭均布于待測(cè)礦區(qū)四周巷道或硐室內(nèi)，形成立體網(wǎng)狀；②避免三個(gè)及三個(gè)以上的微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成直線(xiàn)，避免所有微震探頭位置的三維坐標(biāo)點(diǎn)形成二次曲線(xiàn)；③保證微震探頭的位置距開(kāi)采工作面的距離大于200米；④保證微震探頭的位置距產(chǎn)生動(dòng)力干擾和電氣干擾的設(shè)備的距離大于50米；⑤保證最深煤層處和地面上至少各布置有一個(gè)微震探頭；⑥需將已采空區(qū)域的微震探頭及時(shí)轉(zhuǎn)移布置到接下來(lái)的區(qū)域，并保證微震探頭正常工作；微震探頭具體為安裝于錨桿上，微震探頭連接到數(shù)字信號(hào)記錄器，數(shù)字信號(hào)記錄器連接到中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器，中心信號(hào)數(shù)據(jù)接收器連接到中心計(jì)算機(jī)；(2)收集數(shù)據(jù)，匯總分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；具體為監(jiān)測(cè)和收集震動(dòng)波形，記錄并計(jì)算相應(yīng)的頻率、震動(dòng)速度、沖擊能量、震動(dòng)次數(shù)；(3)對(duì)異常的參數(shù)情況進(jìn)行分析，對(duì)沖擊礦壓可能發(fā)生的時(shí)間和位置進(jìn)行預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，其特征在于微震探頭具體數(shù)量為16個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明具體為一種煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，解決了缺乏針對(duì)堅(jiān)硬頂?shù)装搴蛨?jiān)硬煤層的地質(zhì)條件下的微震監(jiān)測(cè)方法的問(wèn)題。煤礦井下圍巖微震檢測(cè)方法，包括的步驟有架設(shè)監(jiān)測(cè)所用的設(shè)備、收集數(shù)據(jù)、匯總分析并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)異常的參數(shù)情況進(jìn)行分析，對(duì)沖擊礦壓可能發(fā)生的時(shí)間和位置進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明不僅可以解決煤礦開(kāi)采中遇到的沖擊礦壓難題，確保礦井開(kāi)采的順利、安全進(jìn)行，對(duì)于今后在開(kāi)采過(guò)程中的沖擊礦壓防治工作也必將起到積極有效的指導(dǎo)作用。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102506993SQ20111036951
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者劉勝, 劉錦榮, 盧國(guó)梁, 吳永平, 周建峰, 張勇, 張效春, 李有春, 王存權(quán), 王宏, 王洪慶, 王玉錦, 王 琦, 田利軍, 白興平, 胡銀如, 趙軍, 邢彥文, 閆志義, 陳濤, 高宇平 申請(qǐng)人:大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司