[發(fā)明專利]基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010099179.6
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111325461B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石永奎;趙敏敏;王新
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/02;E21F17/18;G06N3/08
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發(fā)明公開了一種基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法，主要是對煤體進(jìn)行鉆進(jìn)的同時(shí)同步采集鉆機(jī)的橫向、縱向振動信號和鉆屑量數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，建立多元線性回歸模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，將振動信號作為預(yù)測模型的輸入，鉆屑量作為輸出，對比選擇最優(yōu)的模型作為最終的預(yù)測模型并自動更新至現(xiàn)場施工移動終端和地上電腦終端，在對煤層進(jìn)行日常沖擊危險(xiǎn)性評估時(shí)，利用最終的預(yù)測模型對從預(yù)評估的煤體采集得到的鉆孔振動信號進(jìn)行自動分析，以此來對該煤體進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性評估；本發(fā)明減少了鉆屑量的收集工作，大大簡化了煤體的沖擊危險(xiǎn)性評估程序，縮短了評估時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采礦工程沖擊地壓評估領(lǐng)域，尤其涉及一種基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法。

背景技術(shù)

從能源需求角度看，我國以煤炭為主的能源格局短時(shí)間內(nèi)不會改變，煤炭比重較長時(shí)間內(nèi)將保持在50％左右，且煤炭開采95％左右以地下井工開采為主。目前，煤炭開采以每年10-20m的速度向深部延伸，深部開采在中東部已逐漸成為常態(tài)，伴隨開采深度的增加，煤層面臨高瓦斯、高地應(yīng)力、高巖溶水壓的作用，同時(shí)開采過程中煤層應(yīng)力場異常復(fù)雜且受反復(fù)擾動影響，極易發(fā)生沖擊地壓。我國沖擊地壓災(zāi)害預(yù)防技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，基本明確了發(fā)生沖擊地壓煤巖體物理力學(xué)特性，即沖擊多發(fā)生在具有沖擊傾向性且積聚大量彈性能區(qū)域煤巖體。

沖擊地壓的預(yù)測方法，除了以往的經(jīng)驗(yàn)類比法外，大致可以分為兩類。一類是以鉆屑法為主的局部探測法，包括煤巖體變形觀測法、煤巖體應(yīng)力測量法、流動地音檢測法、巖餅法等。這類方法主要用于探測采掘局部區(qū)段的沖擊危險(xiǎn)程度，操作工藝簡單易行，工人容易掌握，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但這類方法的缺點(diǎn)是預(yù)測工作在時(shí)間、空間上不連續(xù)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。

第二類是地球物理系統(tǒng)監(jiān)測方法，包括地音系統(tǒng)監(jiān)測法和微震系統(tǒng)監(jiān)測法，以及其他地球物理方法，如：電磁輻射、地溫、地磁等。該類方法可以實(shí)現(xiàn)在空間和時(shí)間上的連續(xù)監(jiān)測。但采用此方法投入成本較大，并且數(shù)據(jù)維護(hù)管理較困難，分析數(shù)據(jù)和判定煤巖體的力學(xué)狀態(tài)難度較大，需要經(jīng)過長期試驗(yàn)，積累大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)才可準(zhǔn)確預(yù)測。

中國專利授權(quán)公告號CN 103104294 B公開了一種沖擊地壓的預(yù)測方法，它是根據(jù)利用人工分析主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線的畸變點(diǎn)個(gè)數(shù)來預(yù)測煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和預(yù)鉆孔時(shí)所得到的振動頻譜曲線綜合預(yù)測沖擊地壓。該方法與傳統(tǒng)鉆屑法相比，不同之處是將鉆屑法中的輔助參數(shù)(吸鉆、卡鉆和鉆孔沖擊現(xiàn)象)數(shù)字化，在一定程度上提高了沖擊地壓預(yù)測的準(zhǔn)確性，但是預(yù)測沖擊地壓時(shí)，仍然需要對每個(gè)鉆孔進(jìn)行煤粉量的收集工作，對于每個(gè)回采工作面或者掘進(jìn)工作面需要鉆進(jìn)幾百甚至上千個(gè)鉆孔，這種煤粉量的收集工作大大降低了沖擊地壓預(yù)測的效率，另外由于采用人工處理振動數(shù)據(jù)，導(dǎo)致處理結(jié)果誤差大，效率低，時(shí)效差。

因此，開發(fā)一種基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法，在煤巖體鉆孔過程中，通過采集鉆機(jī)的振動信號數(shù)據(jù)，建立多元線性回歸模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型并對比選定最優(yōu)的預(yù)測性能，再利用選定的最優(yōu)預(yù)測模型直接實(shí)時(shí)評估煤體的沖擊危險(xiǎn)性等級，則可大大簡化評估程序，縮短評估時(shí)間，提高評估精度，避免現(xiàn)行技術(shù)存在的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

為了真正實(shí)現(xiàn)煤層沖擊危險(xiǎn)性預(yù)測的正確性、客觀性和高效性，本發(fā)明提出了一種基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于振動監(jiān)測技術(shù)的煤層沖擊危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步：樣本信號采集

對于每個(gè)開采階段水平，依據(jù)工作面布置和開采順序，對于初次開采到的沖擊地壓危險(xiǎn)性等級為弱沖擊、中等沖擊或強(qiáng)沖擊的掘進(jìn)工作面和回采工作面，分別利用鉆屑法對煤體鉆孔，鉆孔過程中從第一米開始每鉆孔一米后停止鉆進(jìn)，收集鉆屑量數(shù)據(jù)，同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)的橫向和縱向振動信號；

第二步：樣本信號預(yù)處理