[发明专利]煤矿超前支承压力分布特征监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种煤矿采场超前支承压力分布特征的监测方法，主要用于走向长壁开采工作面前方煤体应力分布特征的监测，用于指导巷道支护以及与超前支承压力相关的动力灾害的防治。

背景技术

微震监测法是在冲击矿压等动力灾害监测预报方面的前沿技术，通过记录采矿活动引起震动的震动图谱，确定和分析震动的能量与方向，对震中进行定位以评价和预测矿山动力现象。目前，波兰SOS微震监测系统、波兰ARAMIS M/E微震监测系统、加拿大ESG微震监测系统以及南非ISS地震监测系统在国外矿上开采中应用广泛。伴随着矿井开采深度的增加，煤岩动力灾害对矿井安全生产影响日益深重，微震监测技术在国内矿山中的应用更为广泛。

微震监测系统主要由中心计算机、中心数据收集器、远程数据采集器、拾震传感器、打印机、GPS时间服务器、软件等部分组成。中心计算机通过数据线与数据收集器相连，计算机上安装控制分析软件，软件运行在WINDOWS环境下，接收来自远程数据采集器的原始数据、在计算机屏幕上显示原始数据的波形，计算机储存、回放每一个震动事件，便于人工和自动。

波兰ARAMIS M/E微震监测系统集成数字通信系统（DTSS），实现了矿山震动定位及震动能量计算。拾震器（或微震探头）获得震动事件并将其处理为数字信号，然后由数字通信系统传送至地面。系统可以监测震动能量大于100J、震动频率0~150Hz及动态范围低于100dB的震动事件。根据监测范围的不同，系统可选用不同频率范围的传感器。数字通信系统采用远距离通信电缆实现三向震动速率变化（X，Y，Z）信号的传输。系统通过24位σ-δ转换器提供震动信号的转换和记录，基于记录服务器完成连续、实时的震动监测。标准版系统软件每个通道提供一路监测信号；可选的每通道3路信号监测需采用非标准版的软件，能够实现三向监测的微震活动。目前，该系统在我国许多煤矿应用，效果良好。ARAMIS M/E微震监测系统包括地面部分和井下部分。其中地面部分：（1）安装在系统数据分析服务器上的ARAMIS WIN软件（微震事件定位、震动能量计算）和MAP_CREATOR软件（定位结果显示）组成的数据处理部分；（2）安装有ARAMIS_REJ软件（DTSS传输系统监测软件）的系统数据记录服务器；（3）数字通信子系统（DTSS），该部分包括：SP/DTSS地面中心站，其由OCGA数字信号接收器、配备GPS时钟的ST/DTSS传输控制器、TRS-2安全变压器及SR15-150-4/11 I供电装置。（2）井下部分：SN/DTSS井下分站（通过通信电缆与地面部分联接），其包括SPI-70拾震器及NSGA发射器；另外，NSGA发射器还可与GVu（顶板微震探头）、GVd（底板微震探头）、GH（水平微震探头）以及自带SPI-70拾震器的CS/DTSS连接。

通过大量研究表明，煤岩体破裂发生在应力差大的区域，因此，只要监测到煤岩破裂区域，即可找到高应力区域。每一次煤岩体破裂都会产生一次微震事件和声波，而震动能量和频次等又反映了煤岩体受力破坏程度，微震事件能量越高，震动越频繁，则煤岩体应力集中程度越大，破坏越严重。因此，微震监测系统获得的岩层破裂信息直接反映了岩体的应力水平，这为采场应力监测提供了一条新思路。

在弹性力学的框架下，由微震资料得到绝对应力的大小，原则上是不可能的，但是在一些合理的假设的前提下，由微震资料可以得到关于应力大小的某种有物理意义的估计，其中一个常用的估计就是视应力，这一概念被广泛应用到地震研究中，将视应力与引起地震滑动的平均应力水平之间通过地震波辐射效率联系在一起，对一个区域中引起地震滑动的平均应力水平进行区域平均，从而作为该区域的绝对应力水平的一个间接估计。因此，视应力常被用来研究震源区的应力水平，即视应力越高，震源区的应力水平就越高；反之，震源区的应力水平就越低。视应力估计同样适用于矿山开采诱发的地震，而且后者观测范围小，拾震器或者距震源距离短，或者就在震源区内，据此所形成研究基础，远比天然地震的情况要好，因此，根据采矿诱发的地震数据进行视应力估计，其结果也会比天然地震可靠得多。

煤矿超前支承压力分布特征的监测是煤矿矿压监测的重要组成部分，通过监测获得的超前支承压力分布特征对煤矿采场的合理支护、巷道开挖与支护方式的选择以及与超前支承压力相关的动力灾害事故的防治，均具有非常重要的理论意义和工程应用价值。