一种基于微震监测的工作面采动超前影响范围确定方法

摘要

本发明公开了一种基于微震监测的工作面采动超前影响范围确定方法，利用矿井微震监测系统采集工作面回采过程中的自然矿震信号，确定震源位置及能量；按一定数据步距选择若干回采阶段，统计各阶段矿震分布范围确定矿震统计区间；将矿震统计区间内实体煤区域按一定间距进行等分形成多个超前分区，统计各阶段各个超前分区内矿震总能量和总频次并进行叠加；以超前分区中线距回采阶段中线距离为横坐标、相应超前分区矿震总能量和总频次为纵坐标，绘制矿震总能量和总频次变化曲线；将两曲线进行归一化处理，并在两条归一化曲线上确定工作面矿震能量和矿震频次超前影响范围，在两者范围内选择横坐标最大值为工作面采动超前影响范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微震监测的工作面采动超前影响范围确定方法，属于煤矿安全技术领域。

背景技术

我国煤炭资源赋存条件复杂，近年来随开采深度的增加，采场应力环境不断恶化，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害频繁发生，严重威胁了矿井安全生产及人员生命安全。现场监测和统计结果表明，工作面回采过程中超前两巷一定范围内的巷道会发生不同程度的顶板下沉、鼓帮及底鼓现象，冲击地压、煤与瓦斯突出等动力事件亦多发生于采煤工作面及其超前两巷一定范围内。工作面超前采动影响范围的确定对工作面尤其是深部具有冲击地压和煤与瓦斯突出危险的工作面采掘布局、卸压解危措施的实施、超前支护和限员等至关重要。目前，采煤工作面超前影响范围确定方法主要有理论分析、数值计算和现场监测(锚杆索受力监测、应力计监测)等。理论分析和数值计算方法往往对现场条件进行了大量简化处理，与实际复杂赋存条件和力学性质差异较大；现场锚杆(索)受力监测、应力计监测等方法受装备自身及安装环境影响较大，往往达不到理想效果。工作面矿震、冲击地压及煤与瓦斯突出等显现是煤岩体静载和工作面采动动载耦合作用的结果，而传统理论分析、数值计算及现场应力监测方法只是对煤岩体静载应力的监测，未能实现对工作面动载的有效监测。

目前，较多矿井尤其具有冲击地压等灾害危险矿井均安装了微震监测系统，能够实现矿井微震事件的有效监测,微震监测技术已是冲击地压等动力灾害研究的一个重要手段。但是目前还没有利用微震监测系统进行采煤工作面采动超前影响范围的确定方法。

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的工作面采动超前影响范围确定方法，无需额外增加监测设备，能有效监测煤岩体静载和工作面采动动载对工作面耦合影响，最终能精确的确定采煤工作面采动超前影响范围。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于微震监测的工作面采动超前影响范围确定方法，具体步骤为：

(1)利用矿井微震监测系统采集工作面回采过程中的多个自然矿震信号，并将各个自然矿震信号采用已知处理方法确定各自的矿震震源位置及其能量；

(2)先设定数据步距为c(通过设定数据步距能在整个工作面回采长度内均匀选择若干个回采阶段，保证后续统计结果能够覆盖整个工作面回采长度)，然后根据该数据步距选择多个工作面回采距离为a的回采阶段，利用步骤(1)确定的数据统计每个回采阶段中各自的矿震超前分布范围，取其中的矿震超前最大值为矿震统计区间L；

(3)将矿震统计区间L中的实体煤区域(即矿震统计区间去除一个回采区域，即L-a)按照间距为b进行等分，获得n个超前分区；分别统计步骤(2)选择的每个回采阶段落入n个超前分区内的矿震总能量和矿震总频次，并将各个回采阶段在每个超前分区内的矿震总能量和矿震总频次进行叠加，具体计算公式为：

式中，E

(4)计算各个超前分区中线分别距回采阶段中线的距离，以各个超前分区中线距回采阶段中线的距离为横坐标，以各个超前分区内矿震总能量和总频次为纵坐标，分别绘制出超前工作面矿震总能量和总频次变化曲线，其中距离的计算公式为：

d

式中，d

(5)将步骤(4)绘制出的两条曲线数据除以各自纵坐标最大值进行归一化处理，分别得出矿震总能量归一化分布曲线和矿震总频次归一化分布曲线，具体公式为：

Q

E

式中，Q

取两条归一化分布曲线中相对值大于等于10％的数据确定为工作面矿震能量和矿震频次超前影响范围，在工作面矿震能量和矿震频次超前影响范围内，选择两条归一化分布曲线中横坐标最大值确定为工作面采动超前影响范围。

进一步，所述步骤(2)选择的回采阶段数量不少于3个，回采距离a为5～20m，超前分区的间距b为1～10m。

进一步，所述步骤(1)采集的自然矿震信号为通过已知方法将干扰波剔除后的矿震信号。

与现有技术相比，本发明利用井下已有的矿井微震监测系统，先采集工作面回采过程中的自然矿震信号，确定震源位置及能量；按一定数据步距选择若干回采阶段，统计各阶段矿震分布范围，取范围最大值为矿震统计区间；将矿震统计区间内实体煤区域按一定间距进行等分形成多个超前分区，统计各阶段各个超前分区内矿震总能量和总频次并进行叠加；以超前分区中线距回采阶段中线距离为横坐标、相应超前分区矿震总能量和总频次为纵坐标，绘制矿震总能量和总频次变化曲线；将两曲线数据除以各自纵坐标最大值进行归一化处理，两条归一化曲线分别取相对值大于等于10％的部分确定为工作面矿震能量和矿震频次超前影响范围，在两者范围内选择横坐标最大值为工作面采动超前影响范围。本发明无需额外增加监测设备，能有效监测煤岩体静载和工作面采动动载对工作面耦合影响，最终能精确的确定采煤工作面采动超前影响范围。

附图说明

图1是本发明确定工作面采动超前影响范围的计算过程示意图；

图2是实施例1绘制出的超前工作面矿震总能量分布曲线；

图3是实施例1绘制出的超前工作面矿震总频次分布曲线；

图4是实施例1得出的矿震总能量归一化分布曲线

图5是实施例1得出的矿震总频次归一化分布曲线。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，本实施例针彬长矿区某矿204工作面具有强冲击危险，工作面已回采1050m，发生过冲击显现，矿井已安装微震监测系统，采用本发明确定其采动超前影响范围，具体步骤为：

(1)利用该矿SOS微震监测系统监测204工作面回采过程中工作面及临近区域8000余次2次方以上矿震信号，并将各个自然矿震信号剔除干扰信号后采用已知处理方法确定各自的矿震震源位置及其能量；

(2)先设定数据步距为50m，在204工作面选择20个回采距离为10m的回采阶段，利用步骤(1)确定的数据统计每个回采阶段中各自的矿震超前分布范围，最大值为超前500m，确定本实施例中矿震统计区间L＝500m；

(3)将矿震统计区间L中的实体煤区域(即矿震统计区间去除一个回采区域，即L-a)为490m，按照间距为5m进行等分，获得98个超前分区；分别统计步骤(2)选择的每个回采区域落入98个超前分区内的矿震总能量和矿震总频次，并将各个回采区域在每个超前分区内的矿震总能量和矿震总频次进行叠加，具体计算公式为：

式中，E

(4)计算98个超前分区分别距10m回采阶段中线的距离，分别为7.5m、12.5m、···、497.5m，回采区域距离为0m，以此为横坐标，以(3)中相应分区内矿震总能量和总频次为纵坐标，分别绘制超前区域矿震总能量和总频次变化曲线，如图2和图3所示，其中距离的计算公式为：

d

式中，d

(5)确定两曲线纵坐标最大值，分别为2.3×10

通过图4和图5，取两条归一化分布曲线中相对值大于等于10％的数据确定为工作面矿震能量和矿震频次超前影响范围(即横坐标最大值)，分别为112.5m和132.5m，选择两者中的最大值132.5m确定为工作面采动超前影响范围。