[发明专利]一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用

说明书

本发明公开一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用，方法首先布设应力监测站，对巷道围岩三向应力进行实时在线监测，绘制围岩不同深度与三向应力的分布曲线，接着监测微震事件的位置和能量值，并根据围岩垂直应力监测得到应力分布曲线，确定塑性区宽度和巷帮至高应力区宽度；然后确定单位长度巷道冲击地压发生的临界能量和系统的总能量；最后将系统的总能量与冲击地压发生的临界能量进行比较，判断是否发生冲击地压。本发明的方法从动静载、多种力源的多角度全方位的对冲击地压的发生进行了监测，并从能量的角度给出监测方法在冲击地压预警方面的应用，具有更高的准确性和实用性。

技术领域

本发明涉及矿山安全生产技术领域，尤其涉及一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用。

背景技术

冲击地压是一种特殊的矿压显现形式，相对于常规矿压，它是全世界采矿领域最复杂、最难以掌握的矿山动力破坏现象。我国煤矿开采深度大，地质条件复杂，冲击地压造成经济损失、人员伤亡、工程损伤和社会负面影响较大，教训深刻，已成为我国采矿工程领域的一大灾害。如何有效防治冲击地压，关键在于提高冲击地压预测预报水平，因为只有实现可靠的预测，才能更好地指导冲击地压的各项防治工作，从而降低防治成本，提高防治效果，并反过来促进冲击地压机理的发展。要实现可靠的预测预报，需要以现场监测为基础，通过监测获得的煤岩物理力学信息与冲击地压的内在联系，以及这些监测信息在时间和空间上的变化规律，建立相应的预测指标、规则与模型。

目前用于冲击地压的监测大体上可以分为2大类：第1类属于岩石力学方法，该方法可借助夹持仪器对监测对象进行直接监测，并可根据监测到的数据及其相关指标评价冲击危险性；第2类属于地球物理方法，该方法可通过仪器捕捉到监测对象受力破裂过程中向外释放的各种物理信息，进而评估冲击地压危险。岩石力学方法包括了钻屑法、煤体应力测量法、围岩变形监测等，该方法具有精度高、简单直观、适应性强等优点，缺点是监测范围小、周期长、资料信息反映不全等。地球物理方法包括了震波CT探测、地音、微震、电磁辐射等，相对于传统的岩石力学方法，地球物理探测技术具有非接触无损探测、监测范围大、成本低、速度快、信息量大、快速便捷等优点。

现有的冲击地压监测预警方法，大多都是采用定性的分析方法，针对某一指标变化趋势进行监测，没有从能量的角度进行分析。而冲击地压的发生是能量突然释放的过程，可从能量系统的角度对影响冲击地压的应力和能量进行监测，当达到冲击地压能量预警值时立即采取相应的防治措施。从定量的角度，确定不同预警等级，科学有效地指导冲击地压的防治工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法及应用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于能量系统分析的冲击地压监测方法，包括如下步骤：

步骤1：在工作面两回采巷道两侧围岩布设多组应力监测站，对巷道围岩三向应力进行实时在线监测，得到巷道两侧围岩不同深度的三向应力值，分别绘制成围岩不同深度与垂直应力σ₁、垂直巷道方向的水平应力σ₂和巷道方向的水平应力σ₃关系的分布曲线；

所述多组应力监测站在布设时每隔30-100m布设1个应力监测站，在围岩两侧不同深度分别设置5-8个应力监测点。

所述多组应力监测站在布设时根据具体的开采条件进行调整：当处于首采工作面时，应力监测站布设在两回采巷道的工作面内侧；当巷道邻近采空区时，应力监测站布设在巷道两侧。

步骤2：采用微震监测系统，对工作面和采空区的顶板运动、断层错动产生的震动进行监测，得到微震事件的位置和能量值；

步骤3：根据围岩垂直应力σ₁监测得到应力分布曲线，确定塑性区宽度L_p和巷帮至高应力区宽度L_c，具体方法如下：