一种煤矿岩层移动角的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿岩层移动角的确定方法，包括交错设置在采煤工作面的多个微震检波器，每个微震检波器与数据采集监测站连接，多个数据采集监测站通过光纤连接组成一个完整的监测网，连接至地面服务器，地面服务器根据监测的煤矿工作面顶板微震事件数和微震释放能量沿工作面走向的分布规律，通过确定工作面的超前影响距离l和顶板岩层厚度h得到岩层活动的移动角θ，本发明专利技术方法设计合理，计算简便，有效的减少煤矿开采对地表建筑物的损失，保证矿山的安全生产，促进矿区经济发展和社会稳定，具有极大的经济价值和社会意义。

Method for determining coal mine strata movement angle

The invention discloses a method for determining the mine strata movement angle, including staggered in the coal face of a plurality of microseismic detectors, each detector is connected with the microseismic data acquisition monitoring station, a plurality of data acquisition stations connected to form a complete monitoring network through the optical fiber is connected to the server on the ground, the ground server according to the distribution rule of roof coal mine monitoring microseismic events number and seismic energy release to the working face, by moving the lead effect distance L and H thickness of roof rock strata movement to determine the angle of working face, the method of the invention has reasonable design, simple calculation, effectively reduce the loss of coal mining on the surface building, ensure the safety of mine production mine, promote economic development and social stability, and has great economic value and social significance.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿安全生产及采矿工程等
，具体涉及一种煤矿岩层移动角的确定方法。
技术介绍
目前，地下开采引起的岩层移动和地表沉陷是一个非常严重的地下工程问题，在地下开采过程中，原岩应力平衡遭到破坏，围岩发生变形、移动，甚至产生大面积移动。随着开采深度的增加，矿石不断采出，围岩变形、移动和破坏逐渐加剧。而我国的一些矿山由于开采过程中确定的岩层移动角不合理，使得地表的建筑物和生产设施处于移动区内而产生破坏，不仅对矿山的安全生产和地表建筑物的稳定造成严重的威胁，而且有可能带来巨大的经济损失。然而，岩层移动角的合理确定十分复杂，一方面岩层移动角的选取要满足安全生产的需要，另一方面要尽可能地减少征地面积，降低开采成本。因此如何科学合理的确定矿山地下开采的地表岩层移动角，是一项重大的科研难题。提高地下工程岩层移动角参数预测的准确性，一直是采矿工程领域的研究重点。总结国内外在该领域的发展现状与研究成果，岩层移动角的预测理论与预测方法主要有：①现场监测方法；②理论分析方法；③物理模拟方法；④数值分析方法等。其中现场监测方法需要布置大量测量点，成本较高且监测时间较长；理论分析方法由于现场条件的复杂性，很难建立一套与现场实际情况相吻合的理论模型和方法；物理模拟方法往往是在现场条件的基础上，对现场条件做大量简化，从而造成物理模拟方法的结果与现场监测结果差别较大；数值分析方法往往会受限于所采用的分析方法、本构方程，另外数值分析方法中岩体参数的选择也是十分困难的，所以造成数值模拟方法的结果很难与现场相对应。近年来，作为一种岩体微破裂三维空间监测技术——微震监测技术得到了迅速发展，微震主要监测岩体脆性材料在外力作用下，发生微破裂的时、空、强(时间、空间、强度)以及相关震源参数。微震监测技术在国内外矿山中得到广泛应用，成为深部矿山地压研究和管理的一个重要手段。大量学者在国内煤矿中安装微震监测系统用于开展岩爆冲击地压、滑坡、煤与瓦斯突出以及突水等煤岩体动力灾害方面的防治工作。在微震监测成为深部矿山地压研究和管理的一个重要手段的基础上建立一种基于微震监测的煤矿岩层移动角的确定方法，对于拓宽微震监测的应用范围，减少煤矿灾害，节约资金投入，保障矿山安全生产具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是合理地确定煤矿岩层移动角，该方法提供一种基于微震监测的煤矿岩层移动角的确定方法，对于拓宽微震监测的应用范围，减少煤矿资金投入，保障矿山安全生产具有极大的经济价值和社会意义。本专利技术采用以下技术方案：一种煤矿岩层移动角的确定方法，包括交错设置在采煤工作面的多个微震检波器，每个所述微震检波器与数据采集监测站连接，多个所述数据采集监测站通过光纤连接组成一个完整的监测网，连接至地表数据存储和处理服务器，所述地表数据存储和处理服务器根据监测的煤矿工作面顶板微震事件数和微震释放能量沿工作面走向的分布规律，通过确定工作面的超前影响距离l和顶板岩层厚度h得到岩层活动的移动角θ。进一步的，所述超前影响距离l以能量阀值为基准确定，当微震释放的能量低于能量阀值时，该区域微震事件释放的能量忽略不计；当微震释放的能量高于能量阀值时，该区域微震事件的能量较大，确定工作面的超前影响距离l。进一步的，所述工作面的超前影响距离l取绝对值，具体为：l＝L-L′其中，L为工作面位置，L′为超前影响位置。进一步的，所述顶板岩层厚度h为土层底板与煤层顶板之间的垂直距离。进一步的，所述移动角θ为：θ＝arctan(l/h)其中，l为超前影响距离，h为顶板岩层厚度。进一步的，所述微震检波器的布置规则为：分别布置在煤矿工作面的轨道巷和回风巷的待监测煤矿底板，以及非开采帮，沿煤矿走向方向和深度方向呈交错布置，重点关注区域密集布设。进一步的，所述微震检波器在轨道巷或回风巷内按80-120m间距布设，重点关注区域内，所述微震检波器按30-80m间距布设。进一步的，所述微震检波器布置于硬岩内，紧贴岩壁，每个所述微震检波器的安装孔朝向不同。进一步的，所述数据采集监测站包括防爆箱，所述防爆箱内设置有光电转换器和井下工作站，所述数据采集监测站之间采用串联方式经过光电转换器连接至地表数据存储和处理服务器进行数据存储和处理。进一步的，所述井下工作站的一端通过通信电缆与多个微震检波器连接，所述井下工作站的另一端通过网线与光电转换器连接。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供了一种新的煤矿岩层移动角测定手段，通过交错设置的微震检波器将采煤工作面现场的顶板微震实际情况传送至地面服务器进行实时监测，测量精度高，测量方式安全简便，通过确定工作面的超前影响距离和顶板岩层厚度就可计算得到岩层活动的移动角，有效节约生产成本。进一步的，微震检波器的钻孔朝向不同，避免微震检波器设置在同一平面上影响测量精度，并在重点关注区域密集布设采集信息，测量信号通过光电转换器进行电信号和光信号的相互转换后，传送至地面服务器，以能量阀值为基准，通过反三角函数快速得出岩层的移动角。本专利技术一种煤矿岩层移动角的确定方法，根据移动角和矿体计划开采区域，可以在地表上对应划出一个有效移动区域，避免移动区域内有人员活动，将工业活动转移到移动区域之外，对于矿山征地、搬迁范围的确定具有重要意义，既可以避免因为征地、搬迁范围过小而造成人民财产和安全受到威胁，又可以避免征地、搬迁范围过大而造成开支过大，同时移动角的确定对于矿山工业广场的选址具有一定指导意见，通过对煤矿岩层移动的监测能够有效减少煤矿开采对地表建筑物的损失，保证矿山的安全生产，促进矿区经济发展和社会稳定。综上所述，本方法一种煤矿岩层移动角的确定方法，监测准确，移动角确定简便，能够适应远距离传输需要，具有极大的经济价值和社会意义。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】图1为本专利技术数据传输线路构建及数据流向示意图；图2为本专利技术微震区微震事件在工作面的能量分布图；图3为本专利技术煤矿岩层移动角的确定方法流程图。其中：1.光纤；2.光电转换器；3.井下工作站；4.防爆箱；5.网线；6.地表数据存储和处理服务器；7.数据流向；8.微震检波器；9.通信电缆。【具体实施方式】《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》对边界角、移动角及裂缝角进行了详细的定义。边界角即为边界点至采空区边界的连接线所谓边界为采矿引起地表变形的边界点；移动角即为满足一定倾斜率、曲率和水平变形率的最外侧的点至采空区边界的连接线与水平线在煤柱一侧的夹角称移动角；裂缝角为在地表移动盆地的主断面上，盆地最边缘宏观裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。边界角主要用于考虑采动影响范围；移动角主要用于考虑地表变形对地表构筑物的影响；裂缝角主要考虑地表产生宏观裂缝的范围。前人的研究结果表明：岩体并非一开始变形就产生声发射，而是在变形到达一定程度，即岩体开始产生损伤，岩体宏观裂纹产生前开始产生声发射。岩体开始产生损伤意味着岩体非弹性变形的产生，往往岩体非弹性变形对地表岩体和建筑物构成较大影响，即通过微震监测可以有效确定工作面超前影响距离和岩层移动角，因此，基于微震监测结果是可以确定煤矿岩层移动角的。请参阅图1至图3所示，本专利技术公开了一种煤矿岩层移动角的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，包括交错设置在采煤工作面的多个微震检波器(8)，每个所述微震检波器(8)与数据采集监测站连接，多个所述数据采集监测站通过光纤(1)连接组成一个完整的监测网，连接至地表数据存储和处理服务器(6)，所述地表数据存储和处理服务器(6)根据监测的煤矿工作面顶板微震事件数和微震释放能量沿工作面走向的分布规律，通过确定工作面的超前影响距离l和顶板岩层厚度h得到岩层活动的移动角θ。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，包括交错设置在采煤工作面的多个微震检波器(8)，每个所述微震检波器(8)与数据采集监测站连接，多个所述数据采集监测站通过光纤(1)连接组成一个完整的监测网，连接至地表数据存储和处理服务器(6)，所述地表数据存储和处理服务器(6)根据监测的煤矿工作面顶板微震事件数和微震释放能量沿工作面走向的分布规律，通过确定工作面的超前影响距离l和顶板岩层厚度h得到岩层活动的移动角θ。2.根据权利要求1所述的一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，所述超前影响距离l以能量阀值为基准确定，当微震释放的能量低于能量阀值时，该区域微震事件释放的能量忽略不计；当微震释放的能量高于能量阀值时，该区域微震事件的能量较大，确定工作面的超前影响距离l。3.根据权利要求2所述的一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，所述工作面的超前影响距离l取绝对值，具体为：l＝L-L′其中，L为工作面位置，L′为超前影响位置。4.根据权利要求1所述的一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，所述顶板岩层厚度h为土层底板与煤层顶板之间的垂直距离。5.根据权利要求1所述的一种煤矿岩层移动角的确定方法，其特征在于，所述移动角θ为：θ＝arctan(l/h)其中，l为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悦，程关文，王苏健，唐春安，陈通，李连崇，李涛，马天辉，冯海，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61