一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法技术

一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，包括在采掘空间的同侧帮部按仰角α施工距底板同一高度、相互平行的发射孔及接收孔，通过在两孔内分别放入电磁波CT的发射端和接收端，从而获得电磁波穿过探测区域衰减后的场强，通过场强反演获得电磁波吸收系数二维分布矩阵，建立基于电磁波CT的冲击危险性评价模型，获得探测区域冲击危险指数的二维分布云图，完成利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价等步骤。本发明专利技术能够对采掘空间近场围岩的冲击危险性进行准确评价，对冲击地压防治具有较高的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法
本专利技术涉及一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法。
技术介绍
随着我国煤矿开采强度和深度的逐渐增大，发生冲击地压灾害的矿井数目逐年增加，而采掘空间近场围岩是冲击地压灾害显现的主要地点，因此，对于采掘空间近场围岩的冲击危险性进行准确评价对冲击地压防治具有重要的现实意义。近场围岩通常指至采掘空间距离小于30m的围岩；例如煤柱区、掘进工作面、巷道交叉口以及超前支护区等，这些均为近场围岩中常见的冲击危险区域。在采掘空间近场围岩的冲击危险性评价方法中，数值或相似模拟方法忽略了煤体内部裂隙的影响；钻屑法施工费时，精度低，遇到水和硬矸无法施工；弹性波、声波探测法精度有限，不满足掘进面小范围精确探测的需求。目前，尚没有一种能够弱化人为因素、考虑裂隙分布、操作方便、适用性强、精度高的巷道近场围岩评价方法。
技术实现思路
为了解决准确评价采掘空间近场围岩冲击危险性的技术问题，本专利技术提供了一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法。一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，包括如下步骤：(a)在采掘空间近场围岩的同侧帮部，按仰角θ施工发射孔和接收孔，两钻孔距底板高度相同、相互平行，之间的区域构成探测区域；(b)将电磁波CT设备的发射端及接收端分别放入发射孔和接收孔孔中，并各自与一个操作面板相连接，在每个操作面板中设置探测频率f，并输入两孔间距L；(c)按照固定的移动步距m，在孔内往复移动发射端和接收端，每移动一个步距，发射端激发一次电磁波，由接收端采集到此次电磁波穿过探测区域衰减后的场强；(d)将步骤(c)采集到的电磁波场强数据进行反演处理，得到探测区域(6)内煤岩体对电磁波吸收系数的二维分布矩阵；(e)建立基于电磁波CT的冲击危险性评价模型，模型中设定能量集中指数为ue、围岩屈服接近指数为uy、能量传递衰减指数为u’L、支护区损伤指数为uc四个指标，ue、uy、u’L和uc统称为冲击地压危险性指数，各指数表达式为：u′L＝(max(uL)-uL)/max(uL)式中，β为吸收系数的实测值，NB/m；βmax为探测区域内围岩对电磁波吸收系数的最大值，NB/m；β0为探测区域内围岩对电磁波吸收系数的平均值，NB/m；a、b为权重参数；Gβ为探测区域内围岩某节点电磁波吸收系数的梯度，NB/m2；Gβmax为现场条件下探测区域内电磁波吸收系数梯度的最大值，NB/m2；β0为屈服点的电磁波吸收系数，NB/m；βi为所有与支护结构之间传递路径上网格的电磁波衰减系数，NB/m；βmax为整个探测区域电磁波系数的最大值，NB/m；Lw为网格长度，m；α为动压系数；γ为能量传递路径上所有节点数目之和。(f)采用熵权法为上述评价指标赋予权重。原始数据归一化。为了方便计算，将4个评价指标n个评价节点的原始数据矩阵A＝(aij)4×n，对其归一化处理后得到R＝(rij)4×n。熵值计算。在有n个评价节点，每个对象有4个指标的问题中，第i个指标的熵值为hij；由第i个指标的熵值计算指标的熵权ωi式中，其中，k＝1/lnn(g)将步骤(d)得到的二维分布矩阵代入步骤(e)(f)中计算得出的冲击危险性评价指标矩阵A以及各指标的权重矩阵R，进而冲击地压危险性指数矩阵B；矩阵B中的主对角线元素bii(i＝1，2，3......，m)即为每个网格节点的最终评估结果；由此绘制探测区域(6)冲击地压危险性指数的二维分布云图，进而划分探测区域(6)内煤岩体动力破坏危险区域；危险性指数处于0.25和0.5区间，则判断冲击危险等级为弱冲击危险，危险性指数处于0.5和0.75区间，则判断冲击危险等级为中等冲击危险，危险性指数大于0.75，则判断冲击危险等级为强冲击危险。bii＝aieuie+aicuic+aiyuiy+aiLuiL(i＝1，2，L，m)在上述利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法中，所述仰角θ为5-10°，开孔位置位于采掘空间底板以上0.5-1.5m，两钻孔的直径大于55mm，间距L为3-25m。在上述利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法中，所述探测频率f为10-32MHz。在上述利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法中，发射端和接收端初始位置均为孔口，移动步距m为0.5-1.5m。在上述利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法中，a和b取值为0.5，α取值范围为1.0-1.2。本专利技术的上述技术方案相比于现有技术具有如下有益效果：①本专利技术提供的利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，探测频率峰值达32MHz，探测精度达到0.5m，因此，本专利技术能够实现采掘空间近场围岩冲击危险性的精确评价。②本专利技术提供的利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，由于本专利技术应用的基于电磁波CT的冲击危险性评价模型是以电磁波衰减原理和冲击地压理论为基础建立，并考虑了能量集聚，能量释放的难易程度，能量传递中的衰减以及支护的损伤等四个方面，由此，保证了本专利技术中评价结果的有效性。③本专利技术提供的利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，由于探测前仅需打两个钻孔，探测时在两孔内不断移动发射端和接收端即可完成探测，因此，本专利技术探测流程简便，成本低。④本专利技术提供的利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，由于探测流程比较简便，能够完成煤柱区、掘进工作面、巷道交叉口以及超前支护区等多种潜在冲击危险区域的危险性评价，因此，本专利技术适应范围较广。⑤本专利技术提供的利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，由于计算出了冲击地压危险性指数的二维分布云图，进而获得了冲击危险区域的精确位置及危险等级，因此，本专利技术能够更为直接的、有效的指导冲击地压防治方案的设计。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：图1是本专利技术利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法中现场实施工艺示意图；图中附图标记表示为：1-采掘空间；2-发射孔；3-接收孔；4-发射端；5-接收端；6-探测区域。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1显示的是本专利技术利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法的优选实施例。所述利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，包括如下步骤：(a)在采掘空间1近场围岩的同侧帮部，按仰角θ施工发射孔2和接收孔3，两钻孔距底板高度相同、相互平行，之间的区域构成探测区域6；(b)将电磁波CT设备的发射端4及接收端5分别放入发射孔2和接收孔3孔中，并各自与一个操作面板相连接，在每个操作面板中设置探测频率f，并输入两孔间距L；(c)按照固定的移动步距m，在孔内往复移动发射端4和接收端5，每移动一个步距，发射端4激发一次电磁波，由接收端5采集到此次电磁波穿过探测区域6衰减后的场强；(d)将步骤(c)采集到的电磁波场强数据进行反演处理，得到探测区域6内煤岩体对电磁波吸收系数的二维分布矩阵；(e)建立基于电磁波CT的冲击危险性评价模型，模型中设定能量集中指数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，其特征在于：包括如下步骤：(a)在采掘空间(1)近场围岩的同侧帮部，按仰角θ施工发射孔(2)和接收孔(3)，两钻孔距底板高度相同、相互平行，之间的区域构成探测区域(6)；(b)将电磁波CT设备的发射端(4)及接收端(5)分别放入发射孔(2)和接收孔(3)孔中，并各自与一个操作面板相连接，在每个操作面板中设置探测频率f，并输入两孔间距L；(c)按照固定的移动步距m，在孔内往复移动发射端(4)和接收端(5)，每移动一个步距，发射端(4)激发一次电磁波，由接收端(5)采集到此次电磁波穿过探测区域(6)衰减后的场强；(d)将步骤(c)采集到的电磁波场强数据进行反演处理，得到探测区域(6)内煤岩体对电磁波吸收系数的二维分布矩阵；(e)建立基于电磁波CT的冲击危险性评价模型，模型中设定能量集中指数为ue、围岩屈服接近指数为uy、能量传递衰减指数为u’L、支护区损伤指数为uc四个指标，ue、uy、u’L和uc统称为冲击地压危险性指数，各指数表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种利用电磁波CT的采掘空间近场围岩冲击危险性评价方法，其特征在于：包括如下步骤：(a)在采掘空间(1)近场围岩的同侧帮部，按仰角θ施工发射孔(2)和接收孔(3)，两钻孔距底板高度相同、相互平行，之间的区域构成探测区域(6)；(b)将电磁波CT设备的发射端(4)及接收端(5)分别放入发射孔(2)和接收孔(3)孔中，并各自与一个操作面板相连接，在每个操作面板中设置探测频率f，并输入两孔间距L；(c)按照固定的移动步距m，在孔内往复移动发射端(4)和接收端(5)，每移动一个步距，发射端(4)激发一次电磁波，由接收端(5)采集到此次电磁波穿过探测区域(6)衰减后的场强；(d)将步骤(c)采集到的电磁波场强数据进行反演处理，得到探测区域(6)内煤岩体对电磁波吸收系数的二维分布矩阵；(e)建立基于电磁波CT的冲击危险性评价模型，模型中设定能量集中指数为ue、围岩屈服接近指数为uy、能量传递衰减指数为u’L、支护区损伤指数为uc四个指标，ue、uy、u’L和uc统称为冲击地压危险性指数，各指数表达式为：u′L＝(max(uL)-uL)/max(uL)式中，β为吸收系数的实测值，NB/m；βmax为探测区域内围岩对电磁波吸收系数的最大值，NB/m；β0为探测区域内围岩对电磁波吸收系数的平均值，NB/m；α、b为权重参数；Gβ为探测区域内围岩某节点电磁波吸收系数的梯度，NB/m2；Gβmax为现场条件下探测区域内电磁波吸收系数梯度的最大值，NB/m2；β0为屈服点的电磁波吸收系数，NB/m；βi为所有与支护结构之间传递路径上网格的电磁波衰减系数，NB/m；βmax为整个探测区域电磁波系数的最大值，NB/m；Lw为网格长度，m；α为动压系数；γ为能量传递路径上所有节点数目之和；(f)采用熵权法为上述评价指标赋予权重...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊锋，刘少虹，李春睿，王书文，夏永学，秦子晗，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11