[发明专利]基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法

说明书

本发明公开了一种基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法，它是以对煤体进行钻进的同时同步采集钻机的钻进参数和钻屑量数据作为样本数据，建立多元线性回归模型、神经网络模型和优化的神经网络预测模型，将钻进参数作为预测模型的输入，钻屑量作为输出，对比选择最优的模型作为最终的预测模型并自动更新至现场施工移动终端和地上电脑终端，在对煤层进行日常冲击危险性评估时，利用最终的预测模型对从预评估的煤体采集得到的钻进参数进行自动分析，以此来对该煤体进行冲击危险性评估；本发明减少了钻屑量的收集工作，大大简化了煤体的冲击危险性评估程序，缩短了评估时间，降低了评估成本。

技术领域

本发明涉及采矿工程冲击地压评估领域，尤其涉及一种基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法。

背景技术

从能源需求角度看，我国以煤炭为主的能源格局短时间内不会改变，煤炭比重较长时间内将保持在50％左右，且煤炭开采95％左右以地下井工开采为主。目前，煤炭开采以每年10-20m的速度向深部延伸，深部开采在中东部已逐渐成为常态，伴随开采深度的增加，煤层面临高瓦斯、高地应力、高岩溶水压的作用，同时开采过程中煤层应力场异常复杂且受反复扰动影响，极易发生冲击地压。我国冲击地压灾害预防技术经过多年发展，基本明确了发生冲击地压煤岩体物理力学特性，即冲击多发生在具有冲击倾向性且积聚大量弹性能区域煤岩体。

冲击地压的预测方法，除了以往的经验类比法外，大致可以分为两类。一类是以钻屑法为主的局部探测法，包括煤岩体变形观测法、煤岩体应力测量法、流动地音检测法、岩饼法等。这类方法主要用于探测采掘局部区段的冲击危险程度，操作工艺简单易行，工人容易掌握，已经得到广泛应用。但这类方法的缺点是预测工作在时间、空间上不连续，费工费时。

第二类是地球物理系统监测方法，包括地音系统监测法和微震系统监测法，以及其他地球物理方法，如：电磁辐射、地温、地磁等。该类方法可以实现在空间和时间上的连续监测。但采用此方法投入成本较大，并且数据维护管理较困难，分析数据和判定煤岩体的力学状态难度较大，需要经过长期试验，积累大量经验数据才可准确预测。

中国专利授权公告号CN 103104294 B公开了一种冲击地压的预测方法，它是根据利用人工分析主振频率随时间或钻孔深度变化曲线的畸变点个数来预测煤层的冲击地压倾向性，再结合钻屑量和预钻孔时所得到的振动频谱曲线综合预测冲击地压。该方法与传统钻屑法相比，不同之处是将钻屑法中的辅助参数(吸钻、卡钻和钻孔冲击现象)数字化，在一定程度上提高了冲击地压预测的准确性，但是还存在以下缺陷，一是预测冲击地压时，仍然需要对每个钻孔进行煤粉量的收集工作，对于每个回采工作面或者掘进工作面需要钻进几百甚至上千个钻孔，这种煤粉量的收集工作大大降低了冲击地压预测的效率；二是由于采用人工处理振动数据，导致处理结果误差大，效率低，时效差；三是采集到的振动信号需要进行幅值域分析等方法进行预处理，得到振动指标(无量纲幅域参数)，过程复杂，进而增加了样本数据的获取难度；另外振动信号的采集容易受到工作现场环境噪声的影响，影响最终的预测精度。

因此，开发一种基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法，在煤岩体钻孔过程中，通过采集钻机的钻进参数数据，建立多元线性回归模型、神经网络模型和优化的神经网络预测模型并对比选定最优的预测性能，再利用选定的最优预测模型直接实时评估煤体的冲击危险性等级，则可大大简化评估程序，缩短评估时间，提高评估精度，避免现行技术存在的技术瓶颈。

发明内容

为了真正实现煤层冲击危险性预测的正确性、客观性和高效性，本发明提出了一种过程简单、受工作现场环境影响小的基于振动监测技术的煤层冲击危险性实时评估方法。

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出了一种基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于随钻测量技术的煤层冲击危险性实时评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：样本信号采集