基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法

摘要

本发明提供了一种基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法，其特征在于，包括：S10根据现场实测经验确定能够表征急倾斜特厚煤层采掘活动的微震事件；S20利用急倾斜特厚煤层开采矿井的微震监测系统和微震三维可视化软件，对工作面回采和掘进至特定位置的微震事件进行定位；S30根据微震事件定位结果，确定工作面各方位的采掘影响范围；S40基于各工作面采掘影响范围和工作面之间的相对位置关系，计算急倾斜特厚煤层工作面间的采掘安全距离，简单、易操作且实用。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿开采与煤矿安全技术领域，尤其涉及基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法。

背景技术

对于煤层倾角大于45°且煤厚大于18m的急倾斜特厚煤层，其地质和开采条件显然异于常规的近水平和缓倾斜煤层。随着煤炭资源开采深度和强度的逐年增大，急倾斜特厚煤层冲击地压灾害频发，严重威胁矿井安全生产。根据《煤矿安全规程》第二百三十三条：“开采具有冲击地压危险的急倾斜、特厚等煤层时，应当制定专项防冲措施，并由企业技术负责人审批。”急倾斜特厚煤层采掘相互影响是诱发冲击地压的主要原因之一，因此，分析和确定采掘安全距离对于急倾斜特厚煤层开采冲击地压防控具有重要意义。

现有关于采掘安全距离的分析方法，主要包括理论分析和数值模拟。其中，理论分析主要通过建立煤岩体力学模型，揭示围岩的应力分布特征和采掘影响范围；数值模拟主要是建立数值仿真模型，按照实际情况模拟开挖，确定出采掘空间的应力和塑性区分布规律。然而，无论是理论分析还是数值模拟，都是建立在对实际情况一定简化的基础上的，其分析结果往往与实际结果有一定差距，且无法避免。因此，基于现场实测数据对采掘安全距离进行分析得到更真实和使用的结果成为一种必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法，有效解决现有采掘安全距离分析方法的分析结果与实际结果有一定差距，不能反映真实情况的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法，包括：

S10根据现场实测经验确定能够表征急倾斜特厚煤层采掘活动的微震事件；

S20利用急倾斜特厚煤层开采矿井的微震监测系统和微震三维可视化软件，对工作面回采和掘进至特定位置的微震事件进行定位；

S30根据微震事件定位结果，确定工作面各方位的采掘影响范围；

S40基于各工作面采掘影响范围和工作面之间的相对位置关系，计算急倾斜特厚煤层工作面间的采掘安全距离。

本发明提供的基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法是一种简单、易操作且实用的冲击地压防控方法，其只需利用矿井已有的微震监测系统和微震三维可视化软件，根据微震定位结果确定出工作面的采掘影响范围，进而计算出工作面采掘安全距离，为急倾斜特厚煤层工作面合理布置和冲击地压动态防控提供一定指导。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法流程示意图；

图2为本发明一实例中表征五采区工作面回采影响范围的微震定位图(2018年9月10日)；

图3为本发明一实例中表征五采区工作面掘进影响范围的微震定位图(2019年1月5日)。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本发明提供的基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法流程示意图，从图中可以看出，该急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法中包括：

S10根据现场实测经验确定能够表征急倾斜特厚煤层采掘活动的微震事件。

由于急倾斜特厚煤层回采工作面采动诱发的微震能级要显著高于掘进工作面的，因此，指定以下实测经验方法来确定能够表征急倾斜特厚煤层采掘活动的微震事件：对于回采工作面，以1000J以上能量的微震事件为分析对象，分析回采工作面推进20m时间段内的微震事件分布情况；对于掘进工作面，以100J以上能量的微震事件为分析对象，分析掘进工作面推进10m时间段内的微震事件分布情况。

S20利用急倾斜特厚煤层开采矿井的微震监测系统和微震三维可视化软件，对工作面回采和掘进至特定位置的微震事件进行定位。

由煤矿现场的微震监测系统所监测的微震活动可以反映煤岩体的破裂情况，且这种破裂情况是采掘扰动引起的，因此，可以基于微震事件的分布特征确定采掘工作面的影响范围，进而计算出采掘安全距离，实现有效指导急倾斜特厚煤层开采冲击地压灾害监测和防控的目的。这里微震监测系统和微震三维可视化软件可以根据实际情况进行选定，这里不做具体限定，在一实例中，采用矿井常用的波兰SOS微震监测系统作为微震监测系统，且使用与之配套的微震三维可视化软件(Seismic 3DView)分析软件进行分析，通过与三维地质模型结合，便于开展微震时空分布规律分析。另外，为了全面反映工作面采掘活动的影响，在工作面采掘推进范围内尽可能等距布置特定监测位置，且当工作面采掘至特殊区域(如工作面见方、断层尖灭处、巷道交叉及拐弯等)时需要加密布置监测位置，对于一般区域则监测位置的标定间距可适当放大。确定好监测位置后，利用微震三维可视化软件在急倾斜特厚煤层矿井的采掘工程布置CAD三维图中进行微震事件定位。

S30根据微震事件定位结果，确定工作面各方位的采掘影响范围。

具体，根据微震事件的三维定位结果，以距工作面位置距离最远的微震事件为边界确定工作面前方、后方、两侧、上方和下方的采掘影响边界，且以微震事件距工作面的最大距离的平均值作为各个方向的采掘影响范围。

S40基于各工作面采掘影响范围和工作面之间的相对位置关系，计算急倾斜特厚煤层工作面间的采掘安全距离。

具体，由微震监测得到的工作面各方位的采掘影响范围及工作面之间的相对位置关系，确定掘进面与掘进面、掘进面与回采面之间的采掘安全距离，安全距离等于工作面之间对应方位的采掘影响范围之和。

在一实例中，以安装有SOS微震监测系统的甘肃某急倾斜特厚煤层开采矿井的五采区工作面为例，采用本发明所提出的基于微震监测的急倾斜特厚煤层采掘安全距离分析方法，确定该矿五采区工作面的采掘安全距离。具体步骤如下：

(1)五采区回采工作面采动影响范围

五采区5521-22工作面回采至某一位置(2018年9月10日)的微震定位平面图如图2所示。由图2可知，五采区工作面回采期间微震活动频繁，采动影响显著。表1为五采区工作面回采期间采动影响范围统计结果，具体为：回采面前方161m，回采面后方155m，回采面顶板侧135m，回采面底板侧106m，回采面上方269m，回采面下方268m。

表1五采区工作面回采影响范围(单位：m)

(2)五采区掘进工作面采动影响范围

五采区5521-23顶板巷工作面掘进至某一位置(2019年1月5日)的微震定位平面图如图3所示。由图3可知，五采区掘进工作面的采动影响范围显著小于回采工作面的影响范围。表2为五采区顶板巷工作面掘进影响范围统计结果，具体为：掘进面前方25m，掘进面后方38m，掘进面顶板侧35m，掘进面实体煤侧21m，掘进面上方108m，掘进面下方128m。

表2五采区顶板巷工作面掘进影响范围(单位：m)

类似的，五采区底板巷工作面掘进影响范围统计结果见表3，具体为：掘进面前方26m，掘进面后方44m，掘进面底板侧27m，掘进面实体煤侧23m，掘进面上方79m，掘进面下方147m。

表3五采区底板巷工作面掘进影响范围(单位：m)

(3)五采区工作面采掘安全距离

①掘进面与掘进面安全距离

由于五采区顶板巷掘进面均超前底板巷掘进面，因此掘进面间的安全距离只需根据顶板巷掘进面后方的影响范围和底板巷前方的影响范围来确定。由表2和表3可知，顶板巷掘进面后方的影响范围为38m，底板巷掘进面前方的影响范围为26m，因此五采区掘进面与掘进面之间的安全距离为64m。

②掘进面与回采面安全距离

五采区下分段工作面巷道掘进方向与上分段工作面回采方向存在同向和相向两种情况，需要分别确定其采掘安全距离。

(a)当下分段掘进面位于上分段采空区内且与回采面同向推进时，掘进面与回采面间的安全距离只需根据掘进面前方的影响范围最大值与回采面后方的影响范围来确定。由表1、表2和表3可知，五采区回采面后方的影响范围为155m，而掘进面前方的影响范围的最大值为26m，此时五采区掘进面与回采面之间的安全距离为181m。

(b)当下分段掘进面位于上分段采空区内且与回采面相向推进时，掘进面与回采面间的安全距离只需根据掘进面后方的影响范围最大值与回采面后方的影响范围来确定。由表1、表2和表3可知，五采区回采面后方的影响范围为155m，而掘进面后方的影响范围最大值为44m，此时五采区掘进面与回采面之间的安全距离为199m。

综上，按最危险的情况考虑，确定出五采区掘进面与回采面的安全距离为199m。

③采掘安全距离汇总

考虑到安全性和现场可操作性，将上述采掘安全距离适当放大并取整，最终结果见表4。

表4五采区工作面采掘安全距离(单位：m)

五采区工作面采掘工作均需在满足上述采掘安全距离的前提下进行，当采区地质及开采条件发生显著变化时，需要采用本方法对采掘安全距离进行动态调整和修正。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上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相关人员来说，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。