[发明专利]一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲击地压的预警方法，具体是一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，属于微震监测预警技术领域。

背景技术

近年来，随着我国煤矿开采深度的逐年增加，很多矿区冲击地压问题越来越严重。煤矿冲击地压是煤岩体中的压力超过强度极限，聚积在巷道或采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出剧烈声响，是一种开采诱发的矿山地震，更是一种灾害，不仅造成煤岩体震动及破坏、部分巷道垮落破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、地面建筑物等的破坏，还会引发瓦斯与煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重威胁着煤矿的安全生产。由于这种灾害的发生一般并无明显的宏观前兆，其时间上的突发性、过程急剧的短暂性以及地质条件上的复杂性，造成对其进行预测预警也成为世界性难题。传统的利用矿压预测冲击地压的方法局限性较大，而且传统方法具有无法回避的费时费力、必须人员现场操作记录、安全性低及经济成本高等系列劣势。目前虽然有利用微震监测的方法进行冲击地压预测，但是大多数采用单一指标进行预测，导致其预警准确率低，无法满足矿井的预警需要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，采用多个参数指标综合对冲击地压进行预警，能有效提高预警的准确率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种高应力集中区冲击地压的微震多参量预警方法，具体步骤是：

A：在矿井中安装微震监测系统；

B：利用矿井微震监测系统记录微震信号，将信号传输到地面计算机中，利用相关软件(Matlab，excel等)分析测量微震活动度S值、微震时间信息熵Qt值、微震累积冲击指标E值、微震活动异常指标|Z|值并；其中，

微震活动度S：其计算公式为：

式中，N为微震总数，M_i为能级，M为最大能级；

微震时间信息熵Qt值：基于耗散结构理论，将大地震的孕育、发生过程看作为一个开放系统，当应力场作用达到一定阈值时，大范围地震活动将从无序向新的稳定有序状态变化，其计算公式为

式中：n为某时间窗长的矿震事件总数，t_i为第i个矿震发生的时间，p_i取值为0～1之间；

微震累积冲击指标E值：定义单位mm，表征煤岩体介质的累积损伤；

其中v_i为垂直分量上信号在t时刻的振动速度值，单位为mm/s；

T1是信号中最大振幅时刻，T2为信号尾波截止时刻，单位为s；

设定微震累积冲击指标Em＝0.3mm。

微震活动异常指标|Z|值(微震活动异常指标越接近零，即选取的样本与微震背景越接近，说明越不好预测；|Z|值越大，说明样本越异常，危险性越高，实质指的是样本与总体的偏差大小)：通过分析平均震级样本的变化即可了解研究区域不同时段平均的变化情况，根据求得|Z|值；

其中，为整个时间区间上对所有平均震级样本的算术平均值，为要考察的时间区段内样本平均震级样本的算术平均值；σ_M和σ_m分别是两样本的标准差，N和n为样本数；

C：所得数据分析后，绘制出微震活动度S值演变图、微震时间信息熵Qt值演变图、微震累积冲击指标E值演变图以及微震活动异常指标|Z|值演变图共四项演变图；

D：根据所绘制的演变图，分析是否在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，若同一时间段内四项指标中出现2～4项，则判断会出现冲击地压的情况。采用多个参数指标综合对冲击地压进行预警，能有效提高预警的准确率。

优选地，B步骤中，微震监测系统设置采集的微震信号能量大于100J，以减弱噪音干扰；D步骤中，在同一时间段内出现微震活动度S值在7天内先降低后以大于降低速率的速率迅速增加，微震时间信息熵Qt值在4天时间内持续降低，微震累积冲击指标E值大于临界值Em，微震活动异常指标|Z|>3，则判断会出现冲击地压的情况。

本发明中，所述四项指标的基本原理分别是：

一、微震活动度S