[發明專利]一種掘進工作面沖擊危險震動波CT反演系統的布置方法

在審

• 申請號: 202011312563.6
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112483174A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 周坤友;竇林名;鞏思園;曹晉榮;白金正;闞吉亮;柴彥江;牟亮
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G01V1/30;G01V1/28
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

本發明公開了一種掘進工作面沖擊危險震動波CT反演系統的布置方法，先確定待掘區域中沖擊危險區域的等級及其范圍；然后在沿開拓大巷的開拓方向在沖擊危險區域前方確定新掘煤巷的位置；然后在新掘巷道、開拓大巷和已掘巷道內分別布設多個拾震傳感器，形成對待掘沖擊危險區域的有效包圍；采集掘進工作面及鄰近回采工作面的礦震波形；建立監測范圍內震動波CT反演模型并采用已知的反演算法進行沖擊危險區域的震動波波速CT反演，然后基于沖擊危險預警模型，劃分出沖擊危險區域中不同位置的等級，從而實現預警工作。本發明提高了對沖擊危險區域掘進工作面的沖擊危險監測預警效能，有效指導掘進工作面的沖擊地壓防治。

技術領域

本發明涉及一種掘進工作面沖擊危險震動波CT反演系統的布置方法，屬于煤礦安全生產技術領域。

背景技術

隨著煤炭資源開采深度的增加，煤礦巷道尤其是煤層巷道圍巖所處應力狀態不斷惡化，巷道掘進過程中沖擊礦壓等動力災害越發頻繁，嚴重制約了煤礦安全高效生產。研究表明，沖擊地壓的發生是動、靜載荷疊加共同作用的結果，對于不同埋深煤層的沖擊地壓，靜載和動載起到的影響程度不同，其中深部開采沖擊地壓屬于高靜載型沖擊地壓，圍巖靜載較高，由礦震產生的微小動載增量可使疊加載荷超過臨界值進而誘發煤巖沖擊破壞，因此圍巖靜載應力的監測預警對深部沖擊危險掘進工作面的沖擊地壓防治至關重要。

傳統圍巖靜載應力監測方法主要有：鉆屑法、應力在線、Passat監測等，但因其監測范圍小、勞動強度大等原因，難以實現對圍巖應力場的有效快速、精確監測。基于圍巖應力-波速相關關系，震動波CT反演技術因其勞動強度低、效率高、監測范圍廣，已經廣泛用于煤礦采場圍巖靜載應力監測預警中。但對于掘進工作面，其通常位于井田開拓方向的前端，受空間限制，現有礦井拾震傳感器布置方式難以對掘進工作面形成有效包圍，導致掘進工作面圍巖靜載應力監測預警效能低，不能有效指導沖擊危險尤其是強沖擊危險掘進工作面的沖擊地壓防治。因此，如何提供一種布置方法能對強沖擊危險掘進工作面的形成有效包圍，從而提高其對沖擊危險區域掘進工作面的沖擊危險監測預警效能，有效指導掘進工作面的沖擊地壓防治，是本行業的研究方向。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種掘進工作面沖擊危險震動波CT反演系統的布置方法，通過優化震動波CT反演系統臺網布置，形成對強沖擊危險掘進工作面的有效包圍，進而提高其對沖擊危險區域掘進工作面的沖擊危險監測預警效能，有效指導掘進工作面的沖擊地壓防治。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種掘進工作面沖擊危險震動波CT反演系統的布置方法，具體步驟為：

①確定沖擊危險等級及范圍

利用已知的煤礦沖擊危險評價方法(如綜合指數法等)，充分考慮煤層埋深、斷層、褶曲、巖層結構及煤厚變化的因素，確定正在采掘及待采掘區域中沖擊危險區域的等級及其范圍；

②施工新掘煤巷并布設拾震傳感器

在沿開拓大巷的開拓方向在沖擊危險區域前方確定新掘煤巷的位置，然后在該位置施工新掘煤巷且使新掘煤巷的走向與已掘巷道的走向平行；然后在新掘巷道、開拓大巷和在強沖擊危險范圍后方距離其最近的已掘巷道內分別布設多個拾震傳感器，形成對待掘沖擊危險區域的有效包圍；

③掘進工作面沖擊危險的反演分析

通過各個拾震傳感器實時采集沖擊危險區域周圍的掘進工作面及鄰近回采工作面的礦震波形，建立監測范圍內震動波CT反演模型并采用已知的反演算法進行沖擊危險區域的震動波波速CT反演，獲得反演區域內各個點的波速值和反演區域內的波速平均值以及射線密度，以射線密度確定反演可靠區域，然后基于沖擊危險預警模型，對掘進工作面工作過程中反演可靠區域內不同位置的沖擊危險等級進行實時預警。

進一步，步驟②中新掘煤巷和已掘巷道的長度均超過沖擊危險區域在已掘巷道走向上的長度。