利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法技术

一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，包括步骤：1)将监测目标煤层在三维空间规则划分若干节点，各节点间距为5～50m；2)在巷道接近目标煤层安全距离之前，提前7天对各节点地震波传播速度进行采集和记录，每隔5～60min记录一次节点的地震波传播速度，并将采集数据存于数据库；3)将7天采集的地震波传播速度所有数据平均，每个节点n均得到速度平均值V

Monitoring method of gas outburst by changing characteristics of coal seam seismic wave propagation velocity

A procedure including the use of methods, the characteristics of seismic wave propagation velocity of coal gas outburst monitoring changes: 1) will monitor the target coal seam in three-dimensional space rules into several nodes, each node spacing is 5 ~ 50m; 2) before the tunnel close to the target coal seam safe distance, 7 days ahead of time to collect and record for each node of seismic wave the propagation speed, every 5 ~ 60min record of a node of the seismic wave propagation velocity, and the collected data are stored in the database; 3) 7 days will be collected all the data the average propagation velocity of seismic wave, each node of the n are average velocity V

【技术实现步骤摘要】
利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法
本专利技术涉及煤层瓦斯突出预测领域，具体讲是一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测煤层瓦斯突出的方法。
技术介绍
瓦斯突出是一个动态的过程，它的发生是由于开采活动造成的。在开采活动之初，煤层孔隙压力和围岩应力一般处于平衡状态，瓦斯吸附于煤颗粒的表面，呈稳定状态。当矿山的施工开采活动接近煤层时，煤层的压力扰动致使这种平衡被打破，吸附于煤表面的瓦斯开始解吸，体积迅速膨胀，使煤层和围岩开始破裂，裂隙增加，引起应力进一步降低。应力的继续下降，造成瓦斯进一步解析，如此循环，并逐步加快，最终造成煤和瓦斯快速涌入工作面或巷道等施工场所，形成瓦斯突出。瓦斯突出是煤矿生产过程中最严重而且最难预测的灾害。它的发生主要与煤层本身的物理特征、煤层中瓦斯含量以及煤层应力状态有关，而这些因素都能从煤层中地震波传播速度中得到反映。影响地震波传播速度的煤层特征主要包括其组成成分、变质程度和结构裂隙等。当煤层变质程度高，含镜质成分比例大时，地震波传播速度高；当煤层受破坏，裂隙增加时，传播速度就会降低。煤层中地震波传播速度与瓦斯含量则具反相关关系，即当瓦斯含量增加时，传播速度下降；传播速度与煤层所受应力成正比，当煤层所受应力增加时，煤层孔隙降低，密度增加，传播速度加快。目前的很多研究和观察都集中在建立地震波传播速度与这些瓦斯突出因素的量化关系上。但是多年来的研究并没有产生一种有效的利用地震波传播速度进行瓦斯突出的预测预报方法。其主要原因与复杂多样的煤层的组成和赋存条件有关，就煤层成分而言，同样成分和变质程度的煤层就已经很难在世界的另一地方存在，再加上煤层的赋存条件这个因素，更增加了煤层的唯一性特征。这个特征不但大大增加了寻找可靠的地震波传播速度与瓦斯突出量化关系的难度，同时也降低了寻找这种关系的意义。即使针对某个特定煤层组成和赋存条件，建立了地震波传播速度和我说突出的量化关系，鉴于多样性的特征，也很难应用于其他煤层。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其避开了煤层特征和赋存特征唯一性，以及瓦斯突出的突然性的难题，通用性强，可靠性高，预测精度更为准确。本专利技术的技术解决方案是，提供一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，依次包括如下步骤：1)将监测的目标煤层在三维空间规则划分出若干个节点，各节点的间距为5～50m；2)在巷道接近目标煤层的安全距离之前，提前5～9天对各节点的地震波传播速度进行采集和记录，在巷道接近目标煤层的过程中，每隔5～60min记录一次各节点的地震波传播速度，并将采集的数据存于数据库中；3)将步骤2)中5～9天所采集的地震波传播速度所有数据进行平均，每个节点n均得到一个速度平均值Vni，Vni定义为节点的煤层非扰动地震波传播速度；4)利用煤层的地震波传播速度变化标准偏差预报瓦斯突出在监测煤层获得每个节点n的初始传播速度Vni后，挖掘的巷道开始接近目标煤层，将巷道进入目标煤层安全距离的时间定为T0，在T0后的任何时间T，每个节点n的地震波传播速度为Vnt，那么：Pbnt＝(Vnt-Vni)/Vni式中：Pbnt为节点n在时间T的标准偏差，当标准偏差Pbnt大于预先设定值时，就予报警，预先设定值为10％～80％。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤1)中各节点的间距具体取决于监测设备的检测频率和地震波在煤层的主要传播速度，用如下公式计算：j＝V/4F式中：V为地震波传播速度，F为设备的主要监测频率。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤1)中，对于揭煤巷道，各节点的间距为5m。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤2)中，当巷道与煤层接近时，每隔5min记录一次各节点的地震波传播速度。本专利技术还提供一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，依次包括如下步骤：1)将监测的目标煤层在三维空间规则划分出若干个节点，各节点的间距为5～50m；2)在巷道接近目标煤层的安全距离之前，提前5～9天对各节点的地震波传播速度进行采集和记录，在巷道接近目标煤层的过程中，每隔5～60min记录一次各节点的地震波传播速度，并将采集的数据存于数据库中；3)利用煤层的地震波传播速度变化的动态偏差预报瓦斯突出当挖掘的巷道开始接近目标煤层时，将巷道进入目标煤层安全距离的时间定为T0，在T0后的任何时间T，监测各节点n在时间T时的地震波传播速度的动态偏差Pdnt定义为：Pdnt＝|Vsnt-Vlnt|/Vlnt(1)Vsnt＝(Vnt+Vnt-1+……+Vnt-S)/S(2)Vlnt＝(Vnt+Vnt-1+……+Vnt-L)/L(3)式中：Vsnt为监测的节点n在时间T的短期平均地震波传播速度，Vlnt为监测的节点n在时间T的长期平均地震波传播速度，S为计算短期平均地震波传播速度的数据个数，L为计算长期平均地震波传播速度的数据个数，当Pdnt大于预先设定值10％时，立即报警。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤1)中各节点的间距具体取决于监测设备的检测频率和地震波在煤层的主要传播速度，用如下公式计算：j＝V/4F式中：V为地震波传播速度，F为设备的主要监测频率。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤1)中，对于揭煤巷道，各节点的间距为5m。本专利技术所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，步骤2)中，当巷道与煤层接近时，每隔5min记录一次各节点的地震波传播速度。采用以上结构后，与现有技术相比，本专利技术利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法具有以下优点：1、提高了预报的可靠性：由于传统的方法集中在地震波传播速度本身，它在监测空间任一节点时，只有一个特定时间的数据，如果任意节点的数据获取环节出现误差，那么将无法进行比较和更正，相应预报的可靠性不能得到保障。本专利技术基于地震波传播速度的变化，需要监测空间所有节点的时间连续规则数据，所以在监测空间的任何节点，都有一系列数据。即使某个计算有误差，也能通过相连的时间和空间节点的数据进行矫正，如Vlnt和Vsnt的计算，正是体现了这个优点。所以本专利技术的预报可靠性是有空间和时间数据来保证的；2、提高瓦斯突出预报的空间精度：瓦斯突出预报有两个重要要素，即地点和时间，在瓦斯突出发生在地点预报上，传统的方法只能对区域内的地点进行定性的确定，不能提供精确的供生产使用的信息。而本专利技术则对监测区域进行规则的划分，其精度由监测节点的间距来定，由于监测区域的每个节点都具有准确的空间坐标，因此，可准确预报瓦斯突出的具体地点；3、提出了瓦斯突出预报的实时有效方法：在瓦斯突出预报的两要素中，时间要素比地点要素更重要也更难确定，到目前为止，还没有一种方法能从理论上和机理上有效监测和预报瓦斯突出在何时发生，更不要说具体的现场应用。因为瓦斯突出过程是一个动态的过程，而到目前为止所有的瓦斯突出的预报方法都没有能与这个动态的过程结合起来，所以都不能进行实时预报，特别是提前预报瓦斯突出的发生。本专利技术首先从地震波传播速度的变化与瓦斯突出的孕育过程结合起来，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：1)将监测的目标煤层在三维空间规则划分出若干个节点，各节点的间距为5～50m；2)在巷道接近目标煤层的安全距离之前，提前5～9天对各节点的地震波传播速度进行采集和记录，在巷道接近目标煤层的过程中，每隔5～60min记录一次各节点的地震波传播速度，并将采集的数据存于数据库中；3)将步骤2)中5～9天所采集的地震波传播速度所有数据进行平均，每个节点n均得到一个速度平均值V

【技术特征摘要】
1.一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：1)将监测的目标煤层在三维空间规则划分出若干个节点，各节点的间距为5～50m；2)在巷道接近目标煤层的安全距离之前，提前5～9天对各节点的地震波传播速度进行采集和记录，在巷道接近目标煤层的过程中，每隔5～60min记录一次各节点的地震波传播速度，并将采集的数据存于数据库中；3)将步骤2)中5～9天所采集的地震波传播速度所有数据进行平均，每个节点n均得到一个速度平均值Vni，Vni定义为节点的煤层非扰动地震波传播速度；4)利用煤层的地震波传播速度变化标准偏差预报瓦斯突出在监测煤层获得每个节点n的初始传播速度Vni后，挖掘的巷道开始接近目标煤层，将巷道进入目标煤层安全距离的时间定为T0，在T0后的任何时间T，每个节点n的地震波传播速度为Vnt，那么：Pbnt＝(Vnt-Vni)/Vni式中：Pbnt为节点n在时间T的标准偏差，当标准偏差Pbnt大于预先设定值时，就予报警，预先设定值为10％～80％。2.根据权利要求1所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其特征在于：步骤1)中各节点的间距具体取决于监测设备的检测频率和地震波在煤层的主要传播速度，用如下公式计算：j＝V/4F式中：V为地震波传播速度，F为设备的主要监测频率。3.根据权利要求1所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其特征在于：步骤1)中，对于揭煤巷道，各节点的间距为5m。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突出的方法，其特征在于：步骤2)中，当巷道与煤层接近时，每隔5min记录一次各节点的地震波传播速度。5.一种利用煤层地震波传播速度变化特征监测瓦斯突...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨本才，
申请(专利权)人：杨本才，
类型：发明
国别省市：安徽,34