專利名稱：煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法
技術領域：
本發明涉及一種沖擊地壓的監測預警方法，特別是涉及一種對誘發沖擊地壓的載荷源進行分源監測的煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法。
背景技術：
沖擊地壓是礦山井巷或采場周圍煤巖體，由于彈性變形勢能瞬間釋放而產生的以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動力現象。國外發達國家因災害及能源結構調整原因沖擊地壓礦井陸續關閉。我國沖擊地壓礦井數量已從1985年的32個發展到現在的130多個，分布于20多個省(市、自治區)。依據國內外對于沖擊地壓發生規律的統計分析，沖擊地壓災害發生隨煤層開采深度增加，呈現非線性增長關系，而我國煤炭資源按深度分布的儲量，IOOOm以下的煤炭儲量2. 5萬億噸，約占總儲量的53%，并且我國煤礦大多建于上世紀五六十年代，目前進入深部開采高峰期，煤礦沖擊地壓發生頻度、強度及區域都在逐年增加。因此，加大沖擊地壓預警與防治研究，是保障占53%以上的深部煤炭資源安全開采，保障我國經濟快速發展和社會進步及人民生命、財產安全刻不容緩的重要任務。沖擊地壓預警是在沖擊地壓發生前對危險區域或時期做出警示，一方面，可以及時疏散人員，避免造成人員傷亡；另一方面，可以采取針對性的解危措施，防止災害性事故的發生。目前，通過對沖擊地壓發生前兆監測來預警的方法主要包括微震監測、電磁輻射監測、工作面礦壓監測、鉆屑量監測、地音監測、采動應力監測、聲發射監測、波速監測等，單一的方法約有17種。這些方法的應用為沖擊地壓的預測預報提供了依據，但從應用效果上來看，還沒有特別有效的預警方法，主要原因包括(I)目前沖擊地壓的監測預警方法主要是監測沖擊地壓前兆的微震事件或者能量較小的沖擊地壓事件發生規律，以結果性的災害顯現特征為監測目標，而沒有從沖擊地壓發生的機理角度，即以誘發沖擊地壓的載荷來源為監測目標來確定監測預警方法。(2)目前沖擊地壓的監測預警方法沒有考慮誘發沖擊地壓的載荷源具有多樣性，也沒有考慮這些載荷源在空間及尺度上分布的差異，簡單的提出沖擊地壓綜合監測方法，造成了監測設備針對性不足，方法層出不窮，難以取舍，或者同類型監測設備平行、重復布置，不但產生盲區，漏報、誤報現象，還增加人力、財力負擔。(3)不同監測系統的監測原理不同，監測對象、有效精度范圍也不同，最終得出的預警結果經常相互矛盾，難以指導現場搶險避災決策。
發明內容
鑒于上述原因，本發明的目的在于提供一種針對誘發沖擊地壓的不同載荷源進行分源監測，能夠避免漏報誤報、可操作性強且可節省人物力資源的煤礦沖擊地壓分源綜合
預警方法。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案
一種煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法，其特征在于，針對來自不同空間范圍內誘發沖擊地壓的不同載荷源，進行分源監測預警，具體包括以下步驟I)布置安裝微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統；2)對已安裝的微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統，分別設置各監測系統的報警閾值；3)采集微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統的監測結果數據，并對各監測系統的監測結果數據進行分析；4)根據各監測系統在沖擊地壓預警中的相對重要程度以及各監測系統監測結果數據對應的危險等級，分別計算微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統所占的權重值；5)將各監測系統的監測結果數據及對應的監測系統權重值進行綜合計算以得到綜合預警結果數據；6)判斷該綜合預警結果數據是否超過預定的沖擊地壓危險等級，若超過則進行報警，否則不報警。所述綜合預警結果數據的計算方法為所述步驟4)中確定了各監測系統各自所占的權重值后，分別對各監測系統的監測結果數據進行歸一化處理，處理后與對應監測系統的權重值進行合成運算，即可得到對應三種監測系統的三個預警結果數據，其中，三個中的最大值即為綜合預警結果數據。所述沖擊地壓危險等級從低到高分為a級、b級、c級和d級，每個等級對應有一臨界值，所述報警閾值依據各等級的臨界值而確定。本發明的優點在于(I)從沖擊地壓發生機理角度出發，以誘發沖擊地壓的不同載荷源為監測目標進行分源監測，更具針對性，因而對沖擊地壓的監測預警更為有效；(2)解決了目前綜合監測、多手段監測造成的設備濫用、重復使用、人力、物力浪費等問題； (3)解決了因監測手段單一而產生盲區，從而產生漏報誤報的問題；(4)解決了不同監測系統預警結果相互矛盾的問題；(5)建立了沖擊地壓監測手段選取原則，具有可操作性強、自動化程度高、在線實時預警等特點，將沖擊地壓預警的準確性提升上了一個新臺階。
圖I是本發明的方法流程圖；圖2是本發明方法中各監測系統監測范圍示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。在煤礦開采過程中，誘發沖擊地壓的載荷源按照空間范圍可劃分為遠距離大范圍、近距離小范圍及啟動區原位的載荷源三種。本發明的煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法即是從沖擊地壓發生機理角度出發，針對來自不同空間范圍內誘發沖擊地壓的不同載荷源，進行分源監測預警。圖I是本發明的方法流程圖，如圖所示，本發明的煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法包括以下步驟SlO :布置安裝微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統；
本發明中，針對遠距離大范圍的高位厚硬巖層破斷動載荷，布置可覆蓋井田范圍的微震監測系統(可覆蓋半徑為IOkm的球體區域內的高位堅硬厚巖層斷裂)；針對近距離小范圍的低位厚硬巖層破斷動載荷，布置可覆蓋工作面區域的地音監測系統(可覆蓋半徑為300m的球體區域內的低位堅硬厚巖層斷裂)；而針對工作面煤壁及巷道兩幫采動應力，布置采動應力在線監測系統。圖2是本發明方法中各監測系統監測范圍示意圖，如圖所示，微震監測系統可監測上位老頂的斷裂1，地音監測系統可監測下位老頂的破裂2 ;采動應力在線監測系統可監測巷幫應力3。具體安裝時，可將三種監測系統的井下監測分站通過電纜連接到地面監控室，并將三種監測系統的監測結果數據24小時不間斷的傳輸至地面監控室。Sll :對已安裝的微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統，分別設置各監測系統的報警閾值；根據沖擊地壓案例發生時三種監測系統的監測結果數據，并結合歷史數據進行綜合分析，可將沖擊地壓危險等級從低到高劃分為a級、b級、c級、d級四級，并可確定出每個等級對應的臨界值，各等級分別以藍色、黃色、橙色、紅色表示。當某個監測系統的監測結果數據達到或超過某個危險等級的臨界值時，就顯現出該危險等級對應的顏色。可設定各監測系統的報警閾值為某個危險等級對應的臨界值。S12:采集微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統的監測結果數據，并對各監測系統的監測結果數據進行分析；地面監控室中的主機內安裝有分析軟件可對三種監測系統采集的監測結果數據進行分析、記錄并保存；所有原始及處理后的監測結果數據均保存在各監測系統的數據庫中，以便于數據的長期積累及后期分析。S13 :根據各監測系統在沖擊地壓預警中的相對重要程度以及各監測系統監測結果數據對應的危險等級，分別計算三種監測系統所占的權重值；為了避免危險等級高的指標在計算中被其他安全指標所中和，有必要衡量三種監測系統的監測結果在預警結果中所占的權重。一方面，在長期大量監測結果數據的基礎上，結合現場沖擊地壓顯現特征及沖擊地壓發生機理，可分析出各監測系統在沖擊地壓預警中的相對重要程度，再由專家進行評議，采用層次分析法即可確定出三種監測系統所占的權重大小；另一方面，也要根據各監測系統監測結果數據對應的危險等級設定權重，設定時以危險等級高的權重大于危險等級低的為原則。綜合考慮上述兩種衡量權重的方法后，即可確定出三種監測系統各自所占的權重值。S14:將各監測系統的監測結果數據及對應的監測系統權重值進行綜合計算以得到綜合預警結果數據；確定三種監測系統各自所占的權重之后，分別對各監測系統的監測結果數據進行歸一化處理，處理后與對應監測系統的權重值進行合成運算，即可得到對應三種監測系統的三個預警結果數據，其中，三個中的最大值即為綜合預警結果數據。
S15:判斷綜合預警結果數據是否超過預定的沖擊地壓危險等級，若超過則進行報警，否則不報警。可將需報警的危險等級設為c級，當綜合預警結果數據超過c級對應的臨界值時，就向工作人員發出聲音報警提示。
本發明的煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法針對來自不同空間范圍內誘發沖擊地壓的不同載荷源，分別使用不同監測范圍的沖擊地壓監測系統進行監測，實現了對沖擊地壓危險源的分源實時監測。使用多個監測系統解決了因監測手段單一而產生盲區，從而產生漏報誤報的問題；衡量各監測系統的監測結果在預警結果中所占的權重，解決了不同監測系統預警結果相互矛盾的問題；另外，本發明的方法具有可操作性強、自動化程度高、在線實時預警等特點，將沖擊地壓預警的準確性提升上了一個新臺階。以上所述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法，其特征在于針對來自不同空間范圍內誘發沖擊地壓的不同載荷源，進行分源監測預警，具體包括以下步驟 .1)布置安裝微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統； .2)對已安裝的微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統，分別設置各監測系統的報警閾值； .3)采集微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統的監測結果數據，并對各監測系統的監測結果數據進行分析； .4)根據各監測系統在沖擊地壓預警中的相對重要程度以及各監測系統監測結果數據對應的危險等級，分別計算微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統所占的權重值； .5)將各監測系統的監測結果數據及對應的監測系統權重值進行綜合計算以得到綜合預警結果數據； .6)判斷該綜合預警結果數據是否超過預定的沖擊地壓危險等級，若超過則進行報警，否則不報警。
2.根據權利要求I所述的一種煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法，其特征在于所述綜合預警結果數據的計算方法為所述步驟4)中確定了各監測系統各自所占的權重值后，分別對各監測系統的監測結果數據進行歸一化處理，處理后與對應監測系統的權重值進行合成運算，即可得到對應三種監測系統的三個預警結果數據，其中，三個中的最大值即為綜合預警結果數據。
3.根據權利要求2所述的一種煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法，其特征在于所述沖擊地壓危險等級從低到高分為a級、b級、c級和d級，每個等級對應有一臨界值，所述報警閾值依據各等級的臨界值而確定。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦沖擊地壓分源綜合預警方法，針對來自不同空間范圍內誘發沖擊地壓的不同載荷源，進行分源監測預警，包括安裝微震監測系統、地音監測系統及采動應力在線監測系統；分別設置各監測系統的報警閾值；采集并分析各監測系統的監測結果數據；根據各監測系統在沖擊地壓預警中的相對重要程度以及各監測系統監測結果數據對應的危險等級，分別計算各監測系統所占的權重值；將各監測系統的監測結果數據及對應的監測系統權重值進行綜合計算以得到綜合預警結果數據；判斷綜合預警結果數據是否超過預定的沖擊地壓危險等級，若超過則進行報警，否則不報警。本發明能夠避免漏報誤報、可操作性強且可節省人物力資源。
文檔編號E21F17/18GK102628373SQ20121012867
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者毛德兵, 潘俊鋒, 王書文, 秦子晗, 藍航 申請人:天地科技股份有限公司