一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，本发明专利技术属于采矿生产过程中采动引起的地质灾害的预警技术领域。本发明专利技术所解决的技术问题是通过识别因开挖应力扰动造成煤矿采场岩层损伤破裂而引起的微震震源参数，得到引发煤矿复合地质灾害的前兆信息而实现及时预警。采场岩层的灾害性破断是一个循序渐进不断积累而达到极值瞬间释放的过程，在灾害发生前能量、震级、空间位置及其解译得到的震源参数矿山视体积、能量指数、b值具有显著的变化特征，准确捕捉采场工作面发生灾害前的震源参数分布规律并结合矿压及水位监测而划分不同预警等级，实现对煤矿复合地质灾害发布防控信息。本发明专利技术能够及时有效的发布预警，指导矿井安全生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法
本专利技术涉及深井采矿生产过程中采动引起的地质灾害的预警
，尤其涉及一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法。
技术介绍
随着煤炭资源逐渐开采，浅部资源枯竭造成煤炭开采深度加大，进而造成采场所受到的采动应力增大，所以矿井的冲击地压、顶板冒落、底板承压突水等复合地质灾害事故频发。对于多类型灾害事故传统往往采取矿压观测、水文数据监测等手段在回采过程中进行预测预警，以此来保证采场生产安全。但是由于数据采集所具有的滞后性及人为的依赖性，造成不能很好的实现对事故的预测，矿井地质灾害事故仍然威胁矿井的生产安全。近年来为弥补传统监测技术的弊端，作为先进的监测手段微震监测技术逐渐普遍应用到矿井安全防控中，微震监测技术主要是依赖于高灵敏的检震器、数据采集仪、数据处理终端等设备软件，对获取得到的微震监测数据进行定位及后处理分析，根据微震监测数据在采场内的分布特点，对矿井地质灾害事故进行预测。但是目前所针对微震监测技术应用于矿井灾害预测的分析方法实用性较低，具有严重的滞后性。主要是因为仅采用对微震事件定位、大能量事件总结的手法进行单一参数变化的分析，缺乏从微震监测原理基础上采取的必要方法，缺乏对灾害发生前前兆信息的有效掌握，预测预警准确率极低。对于采动所引起的矿井复合地质灾害，缺乏行之有效的预警方法，并不能满足安全生产的需要。
技术实现思路
针对目前煤矿复合地质灾害预警所存在的问题，对基于微震监测技术得到的震源数据及煤矿常规监测手段得到的数据及进行融合应用，提出了对灾害发生前的征兆性特征拾取的解决办法，提出了一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，其目的是提供一种针对采场灾害性事故发生前数据波动变化的分析方法，捕捉各类直接量化指标、统计指标数据的前兆规律，进而将此类应用于对符合地质灾害的预警中，尤其是这针对矿井采动引起的顶板事故、矿井突水事故，掌握采场岩层发生异常破断的震源机制，进一步掌握复合地质灾害发生的前兆特征及预警等级信息，指导矿井准确防控灾害事故，保证矿井安全生产。为实现上述目的，本专利技术所采取的具体技术方案如下：通过对直接量化指标、统计指标进行综合分析，进而得到系列指标的变化趋势，从而发布采场预测预警信息；所述的直接量化指标包含有矿山能量指数变化率、矿山视体积变化率、矿山b值、矿山能量，统计指标包含有矿压变化趋势、底板破坏深度变化趋势、水流量变化趋势、微震事件分布。一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，包括如下步骤：步骤一，根据采场工作面的生产地质条件，确定安装巷道布置微震监测系统，微震传感器在单一巷道内间排距介于50-200m之间，且保证在采场空间内形成空间交错的传感器监测网，使其能够完全监测整个工作面的采动情况；步骤二，同时在采场内布置矿压监测系统、水文监测系统，与微震系统监测同步采集工作面内矿压数据、水流量监测数据，运行后实时获取数据；步骤三，工作面回采前调试微震监测系统，工作面推进后运行并实时处理采集得到的微震数据，定位微震事件所发生的位置，获得微震监测得到的采动引起的原始震源参数数据库；步骤四，对所获得的微震监测数据进行波形识别及定位处理，按照时间顺序排列微震事件，计算所需要的震源参数：矿山能量指数其计算方法为：其中Pi为微震监测所得到的第i个微震事件的微震体变势，Ei为微震监测所得到的第i个微震事件的能量，而d和c为以logPi为自变量、logEi为因变量所得的线性拟合参数；矿山视体积VAt，其计算方法为：其中Mi为微震监测所得到的第i个微震事件的地震矩，σAi为微震监测所得到的第i个微震事件的视应力；矿山bt值，其计算方法为：logm(M)＝a-bM，其中M为微震震级，m(M)为以震级M为中心的小区间(M+ΔM)在单日阶段内发生微震的次数，a和b值为M为自变量、以logn(M)为因变量所得的线性拟合系数；矿山能量EDt，其计算方法为：其中Ei为监测阶段单日内第i个微震事件数的能量值；步骤五，按照时间顺序排列微震事件，计算直接量化指标矿山视体积及矿山能量指数随时间变化率，初始以连续发生的k个事件为基础拟合直线变化趋势，k>10，从而计算参数的拟合变化率，然后保证参与计算的事件数量为k，每次运算叠加k个事件后面发生的一个微震事件，并去掉k个事件中的第1个微震事件，以此类推完成对每个微震事件所引起的变化率计算；步骤六，由于每个矿井和工作面所处的环境具备独特的特殊性，直接量化指标及统计指标的各参数在特定矿井及工作面进行大于1个月的稳定监测后，获取稳定阶段的数据，从而得到稳定阶段的直接量化指标的阈值及统计指标的稳定变化趋势，得到震源参数矿山视体积及矿山能量指数变化率的触发阈值；保证在工作面内所采用的各类阈值及指标符合采场内的实际生产需求，不采用固定的单一参数，保证方法的时效性。步骤七，随时间发生的微震事件若触发步骤六所设定的变化率的触发阈值，且连续两次或者两天出现此类触发现象，则再验证矿山能量、矿山bt值以及统计指标底板破坏深度变化趋势或微震事件分布是否存在异常，若存在异常则发布工作面岩层异常预警；步骤八，针对所发布的预警时间及空间位置，经由矿井组织分析统计指标水流量变化趋势、矿压变化趋势，根据分析结合微震结果判别顶底板异常位置，启动安全治理预案而停工停产进行隐患排除，同时在不满足触发条件后解除预警，从而指导矿井安全生产。进一步，所述的巷道布置微震监测系统，在两个巷道内布置传感器，且两条巷道应具有介于30-100m的高程差。在采场工作面内构成了在空间内交错布置的台网，优化了微震事件定位方法，可以达到精准的定位效果。所述的矿山能量、矿山bt值需每天更新数据。保证在工作面内所采用的指标符合采场内的实际生产需求，随工作面回采计算实时的参数而保证方法的及时性。所述的统计指标中的矿压变化、底板破坏深度变化、水流量变化的异常是指处于波动稳定期后突然有增大的趋势，而微震事件分布异常是指在顶底板的深处有成线或成簇的微震事件群出现。捕捉了统计指标参数对预警方法的有益性趋势，能够很好的强化依据直接性指标所得出的结论。进一步地，将预警等级划分为蓝、黄、橙、红四个预警等级，确定每个预警等级所对应的震源参数变化率的触发阈值包括矿山视体积变化率阈值、矿山能量指数变化率阈值，蓝(V0，Z0)、黄(V1，Z1)、橙(V2，Z2)、红(V3，Z3)，根据触发条件则发布所对应的预警，对第四等级则需重点关注统计指标的变化趋势，若持续异常则发布红色预警并停工停产进行隐患排除。根据划分的预警等级进行安全防治措施的等级划分，蓝色预警需要实施统计指标分析而不停工，黄色预警开始实施统计指标分析并实地再次勘验而不停工，橙色预警需要实施统计指标分析、实地再次勘验、其他手段验证而做停工准备，红色预警则直接停工停产进行隐患排除。不同阈值对应不同的预警等级，则将微震数据进行了依次批量划分，这样再实施其他特征比较可以减少执行程序，同时多个等级可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，其特征在于，通过对直接量化指标、统计指标进行综合分析，进而得到系列指标的变化趋势，从而发布采场预测预警信息；所述的直接量化指标包含有矿山能量指数变化率、矿山视体积变化率、矿山b值、矿山能量，统计指标包含有矿压变化趋势、底板破坏深度变化趋势、水流量变化趋势、微震事件分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，其特征在于，通过对直接量化指标、统计指标进行综合分析，进而得到系列指标的变化趋势，从而发布采场预测预警信息；所述的直接量化指标包含有矿山能量指数变化率、矿山视体积变化率、矿山b值、矿山能量，统计指标包含有矿压变化趋势、底板破坏深度变化趋势、水流量变化趋势、微震事件分布。


2.根据权利要求1一种基于采动震源参数的煤矿复合地质灾害预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，根据采场工作面的生产地质条件，确定安装巷道布置微震监测系统，微震传感器在单一巷道内间排距介于50-200m之间，且保证在采场空间内形成空间交错的传感器监测网，使其能够完全监测整个工作面的采动情况；
步骤二，同时在采场内布置矿压监测系统、水文监测系统，与微震系统监测同步采集工作面内矿压数据、水流量监测数据，运行后实时获取数据；
步骤三，工作面回采前调试微震监测系统，工作面推进后运行并实时处理采集得到的微震数据，定位微震事件所发生的位置，获得微震监测得到的采动引起的原始震源参数数据库；
步骤四，对所获得的微震监测数据进行波形识别及定位处理，按照时间顺序排列微震事件，计算所需要的震源参数：
矿山能量指数其计算方法为：其中Pi为微震监测所得到的第i个微震事件的微震体变势，Ei为微震监测所得到的第i个微震事件的能量，而d和c为以logPi为自变量、logEi为因变量所得的线性拟合参数；
矿山视体积VAt，其计算方法为：其中Mi为微震监测所得到的第i个微震事件的地震矩，σAi为微震监测所得到的第i个微震事件的视应力；
矿山bt值，其计算方法为：logm(M)＝a-bM，其中M为微震震级，m(M)为以震级M为中心的小区间(M+ΔM)在单日阶段内发生微震的次数，a和b值为M为自变量、以logn(M)为因变量所得的线性拟合系数；
矿山能量EDt，其计算方法为：其中Ei为监测阶段单日内第i个微震事件数的能量值；
步骤五，按照时间顺序排列微震事件，计算直接量化指标矿山视体积及矿山能量指数随时间变化率，初始以连续发生的k个事件为基础拟合直线变化趋势，k>10，从而计算参数的拟合变化率，然后保证参与计算的事件数量为k，每次运算叠加k个事件后面发生的一个微震事件，并去掉k个事件中的第1个微震事件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李连崇，牟文强，程关文，杨天鸿，于庆磊，王四戌，柴璐，翟明洋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21