[發明專利]一種基于微震監測的沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法

有效

• 申請號: 201610079154.3
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105626150B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李術才;王琦;王雷;張若祥;江貝;任堯喜;孫會彬;徐奴文;潘銳;秦乾;郭念波;王保齊;王偉;劉文江
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

技術領域

本發明屬于地下工程中安全技術領域，特別涉及一種基于微震監測的沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法。

背景技術

沿空掘巷是在采空區邊緣留設3-10m煤柱，巷道布置在位于靠近煤柱一側的低應力區，能有效減少巷道變形，容易維護，提高巷道穩定性，同時能夠有效避免資源浪費，成為普遍采用的巷道掘進方式，但是隨著煤炭開采深度增大，地應力逐步升高，在復雜的地質條件下，沿采空區掘進的巷道將出現嚴重變形，支護構件失效，沿空掘巷小煤柱破碎嚴重，圍巖強度降低，嚴重影響著巷道穩定性，因此對沿空掘進巷道的穩定性進行定量評價，指導現場施工，優化巷道支護參數。

現有技術存在下述問題：

一、沿空掘進巷道的穩定性和圍巖的破裂范圍無法綜合定量評價。

二、目前還未有沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法。

三、在實際工程中，沿空掘進巷道受到地應力、構造應力和上工作面的回采應力的共同作用，在復雜應力狀態下圍巖的破壞特征直接影響巷道變形，目前國內外沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法研究鮮見。

發明內容

鑒于此，為解決上述問題，本發明提供一種基于微震監測的沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法，通過高精度微震監測系統，準確判斷沿空掘進巷道的穩定性。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種基于微震監測沿空掘進巷道動態監測與穩定評價方法，包括以下步驟：

步驟1，在沿空掘進巷道中安裝高精度微震監測儀系統；

步驟2，采用高精度微震監測系統對沿空掘進巷道進行實時監測，采集圍巖破裂微震事件的位置、能量和次數，計算實體煤側和沿空側累計微震事件能量值、單位體積微震事件能量密度和單位體積巖體內部累計微震事件次數；

步驟3，在沿空掘進巷道中，布設若干巷道斷面收斂監測站，采集巷道實體煤側和沿空側的斷面收斂數值，根據斷面累計收斂值，計算巷道實體煤側和沿空側斷面的平均收斂值；

步驟4，在沿空掘進巷道中，分別在沿空側和實體煤側選擇一定量的錨桿或錨索進行拉拔試驗，統計錨桿或錨索的平均拉拔力；

步驟5，沿空掘進巷道穩定性分析：基于實體煤側和沿空側累計微震事件能量值、單位體積微震事件能量密度、累計微震事件次數，錨桿或錨索平均拉拔力以及斷面平均收斂值，分別計算累計微震事件能量增加率、單位體積微震事件能量密度增加率、累計微震事件次數增加率、錨桿或錨索平均拉拔力降低率和斷面平均收斂量增加率；

步驟6，沿空掘進巷道綜合定量評價：基于步驟5得到的各評價值，利用權重分析法，建立沿空掘進巷道綜合定量評價指標，對沿空掘進巷道穩定性進行定量評價。

進一步的，步驟1中，所述的高精度微震監測儀系統包括傳感器、數據采集分站、微震系統主機和地面數據綜合處理分析系統，所述的傳感器安裝在道沿空側腰線和實體煤肩部分且隨著掘進工作面依次前移布置，相鄰傳感器間隔設定的距離，圍巖破裂產生信號，每個傳感器接收到微震信號以后將其轉變為模擬電信號，通過數據采集分站將采集的電信號通過光纖與煤礦網絡分站相連，通過煤礦網絡將信號傳輸給微震系統主機，而地面數據綜合處理分析系統將電信號轉變為數字信號，并對數字信號加工處理，以實現對微震事件的定位，事件參數的獲取。

進一步的，步驟2中，圍巖破裂微震的位置、能量以及次數的確認方法如下：

巷道圍巖的破裂會伴隨著彈性波或應力波的產生，傳感器采集微震信號后將其轉化為電信號，微震軟件再將電信號轉變為數字信號，通過地面數據綜合處理分析系統對微震信號進行處理和分析，確認圍巖破裂微震事件的位置、能量以及次數。

巷道沿空側和實體煤側累計微震事件能量值為B和B’，其值分別為B＝∑B_i和B'＝ΣB'_i；B_i表示巷道沿空側微震事件能量值；B'_i表示巷道實體煤側微震事件能量值；

進一步的，步驟2中，所述巷道沿空側和實體煤側單位體積微震事件能量密度γ和γ'，其值為γ＝P/V和γ'＝P’/V’，其中P和P’為圍巖破裂范圍內微震事件能量值，V和V’為圍巖破裂范圍內的體積。

所述巷道沿空側和實體煤側累計微震事件次數為M和M’，其值分別為M＝ΣM_i和M'＝ΣM'_i；M_i表示巷道沿空側單次微震事件次數，M'_i表示實體煤側單次微震事件次數；