一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法技术

本发明专利技术提出了一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，首先采用层次分析法确定动静载扰动参量权重，其中静载扰动由震动波CT反演波速参量定量描述，动载扰动由微震累加震动效应参量定量刻画；然后采用加权平均方法确定最终冲击危险区域及其危险等级。本方法涉及的公式参量计算明确、普适性好，易于编程且实用性强，可以大范围近似实时预警矿井冲击地压危险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法
本专利技术涉及矿井冲击地压危险监测领域，特别是涉及一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法。
技术介绍
冲击地压的发生与煤岩的物理力学性质、煤岩所受的静载荷与动载荷等有关，当煤岩体的静载荷、动载荷的叠加超过煤岩体冲击破坏的临界载荷时将诱发大能量矿震或冲击地压。根据长期的理论研究、现场试验，冲击地压矿井断层、褶曲等地质构造及不合理区段煤柱、保护层遗留煤柱、临近的采掘活动、工作面见方等开采因素都会造成围岩局部应力集中，微震事件也会在以上区域集中出现，给周边煤岩体带来动静载扰动。冲击地压可以根据其诱发力源的不同进行划分:(1)静载扰动主导，矿井深部开采导致煤岩体原岩应力高，同时受采掘扰动次生应力影响静载应力水平进一步升高，少量小能量微震事件产生的动载扰动即可使煤岩体动静载叠加超过其临界载荷发生冲击破坏；(2)动载扰动主导，煤岩体的原岩应力、采掘扰动次生应力水平较低，但大量大能量微震事件的累加动载效应强，煤岩体动静载叠加超过其临界载荷发生冲击破坏。大部分冲击地压矿井存在采掘布置不合理或大量复杂地质构造，导致煤岩体受采掘次生应力、构造应力的静载扰动明显，在微震累加震动效应作用下极易发生冲击地压。然而，常规震动波CT反演技术需要根据震动波传递到传感器的纵波速度计算来反应大范围的煤岩体静载应力扰动程度，为更准确的获得工作面围岩的静载应力分布情况，需要大量的微震事件作为反演原始数据，反演计算量大、周期长，很难实现实时反演；微震短临动载效应预警是根据震动波在煤岩介质中的衰减特征计算其对巷道或工作面附近煤岩体动载扰动，当某区域矿震连续发生时，其产生的累加震动效应可能进一步诱发强矿震事件甚至冲击地压显现，微震短临动载效应预警具有预警周期短、临近采掘工作面等优点，但由于震动波速度快其有效预警范围有限。因此，丞需一种结合CT中长期反演预警、微震短临动载效应预警并反应煤岩动静载扰动程度、且能实时反应大范围冲击危险的预警方法，具有非常重要的实用价值和现实意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，提供一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，通过量化分析冲击地压矿井采掘工作面周边煤岩体动静载扰动叠加指数，实现对冲击地压的综合监测预警。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，首先采用层次分析法确定动静载扰动参量权重，其中静载扰动由震动波CT反演波速参量定量描述，动载扰动由微震累加震动效应参量定量刻画；然后采用加权平均方法确定最终冲击危险区域及其危险等级。具体包括如下步骤：S1：将待评估的矿井下工作面根据不同地质构造、采掘布局划分为不同类型的诱震区域；S2：基于所述S1划分的诱震区域，对预警时间窗口内所有微震事件进行分类；S3：统计各类型微震事件频次占矿井工作面总微震事件频次的比例和筛选出各类型微震事件中具有最大能量的微震事件；对各类型微震事件频次两两比较，并利用比较后的比值对各类型微震时间进行活跃度标定；S4：将评估采掘区域进行网格划分，并在预警时间窗口内遍历网格监测点，分别计算监测点上各类型微震事件的振动效应指数；S5：建立微震事件类型权重判别模型，确定不同类型微震事件的权重指数；S6：在评估周期内，结合所述S4构建的震动效应指数与所述S5确定的权重指数，对微震动载扰动强度以天为单位进行评估，并结合静载CT反演指标建立工作面静载与动载扰动叠加的冲击危险性评价指数，同时进行可视化处理。优选地，所述S1中不同类型的诱震区域包括：断层诱震区域、褶曲诱震区域、区段煤柱诱震区域、保护层遗留煤柱诱震区域、相邻采掘工作面诱震区域、见方诱震区域和其他诱震区域。优选地，所述S2中对微震事件进行分类的方法为：判断所述微震事件震源中心点所属的诱震区域类型，并根据所判断的诱震区域类型来判断所述微震事件的类型。优选地，所述S3中活跃度标定是采用1～9标度对微震活跃度进行标定。优选地，所述S4是采用累加方法来计算的，具体步骤为：S41：计算微震事件传递到受载点的衰减震动能量；S42：基于所述衰减震动能量，采用累加方法计算监测点的某一类型累加震动效应；S43：基于所述累加震动效应，遍历网格节点，找到最大累加震动效应，得到该类型微震在各监测点引起的震动效应。优选地，所述S5具体为：S51：建立微震类型的权重判别模型；S52：采用所述S3中的各微震活跃度的标度取值进行每两元素间的相对比较，得到构建权重判别矩阵；S53：计算所述权重判别矩阵的最大特征根，并对所述最大特征根进行一致性检验，得到不同类型微震事件的权重指数。优选地，所述S6是采用微震累加震动效应、震动波波速层析成像技术对一段预警周期内的矿井下工作面动静载扰动评估，具体步骤内容如下：S61：基于所述S4划分的网格监测点，对监测点i的各类型的震动效应及震动波波速进行无量纲处理，得到静载集中指数和各类型微震震动效应指数；S62：基于评估区域内的任意监测点，将所述静载集中指数和所述微震震动效应指数归一化处理，得到监测点的冲击危险预警数值Di；S63：对各网格监测点处的冲击危险预警数值Di进行插值，得到评估区域的冲击危险预警指标云图分布；S64：根据冲击危险预警数值Di确定评估区域危险等级并实时预警，并采取应对对策。优选地，所述S64中应对对策的具体方案为：当评估区域0≤Di＜0.15时，评估区域冲击危险等级为无，采掘作业位于该位置时正常作业；当评估区域0.15≤Di＜0.25时，评估区域冲击危险等级为弱，采掘作业位于该位置时，撤出无关作业人员，对工作面实施限员管理；当评估区域当0.25≤Di＜0.35时，评估区域冲击危险等级为中等，停止该位置的采掘作业，在评估区域前后20m范围进行卸压工作；当评估区域当0.35≤Di时，评估区域冲击危险等级为强，停止该位置的采掘作业，人员撤离采掘作业区域，等待一段时间后在评估区域前后20m范围进行卸压工作。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的动静载扰动叠加的冲击地压预警方法物理力学意义明确，公式涉及的参量计算明确、普适性好，易于编程且实用性强；(2)本专利技术的计算方法融合了CT中长期反演预警的反映静载扰动、范围大及微震短临动载效应预警的描述动载扰动、实时预警等优点，可以大范围近似实时预警矿井冲击地压危险；(3)本专利技术预警采集数据选用矿井区域监测的微震数据，其具有时效性强，范围广等优点，可实现工作面范围的日常监测预警，具有非常重要的实用价值和现实意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为工作面的断层、褶曲、见方、保护层遗留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：具体包括如下步骤：/nS1：将待评估的矿井下工作面根据不同地质构造、采掘布局划分为不同类型的诱震区域；/nS2：基于所述S1划分的诱震区域，对预警时间窗口内所有微震事件进行分类；/nS3：统计各类型微震事件频次占矿井工作面总微震事件频次的比例和筛选出各类型微震事件中具有最大能量的微震事件；对各类型微震事件频次两两比较，并利用比较后的比值对各类型微震时间进行活跃度标定；/nS4：将评估采掘区域进行网格划分，并在预警时间窗口内遍历网格监测点，分别计算监测点上各类型微震事件的振动效应指数；/nS5：建立微震事件类型权重判别模型，确定不同类型微震事件的权重指数；/nS6：在评估周期内，结合所述S4构建的震动效应指数与所述S5确定的权重指数，对微震动载扰动强度以天为单位进行评估，并结合静载CT反演指标建立工作面静载与动载扰动叠加的冲击危险性评价指数，同时进行可视化处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：将待评估的矿井下工作面根据不同地质构造、采掘布局划分为不同类型的诱震区域；
S2：基于所述S1划分的诱震区域，对预警时间窗口内所有微震事件进行分类；
S3：统计各类型微震事件频次占矿井工作面总微震事件频次的比例和筛选出各类型微震事件中具有最大能量的微震事件；对各类型微震事件频次两两比较，并利用比较后的比值对各类型微震时间进行活跃度标定；
S4：将评估采掘区域进行网格划分，并在预警时间窗口内遍历网格监测点，分别计算监测点上各类型微震事件的振动效应指数；
S5：建立微震事件类型权重判别模型，确定不同类型微震事件的权重指数；
S6：在评估周期内，结合所述S4构建的震动效应指数与所述S5确定的权重指数，对微震动载扰动强度以天为单位进行评估，并结合静载CT反演指标建立工作面静载与动载扰动叠加的冲击危险性评价指数，同时进行可视化处理。


2.根据权利要求1所述的基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：所述S1中不同类型的诱震区域包括：断层诱震区域、褶曲诱震区域、区段煤柱诱震区域、保护层遗留煤柱诱震区域、相邻采掘工作面诱震区域、见方诱震区域和其他诱震区域。


3.根据权利要求1所述的基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：所述S2中对微震事件进行分类的方法为：判断所述微震事件震源中心点所属的诱震区域类型，并根据所判断的诱震区域类型来判断所述微震事件的类型。


4.根据权利要求1所述的基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：所述S3中活跃度标定是采用1～9标度对微震活跃度进行标定。


5.根据权利要求1所述的基于动静载扰动叠加的冲击地压预警方法，其特征在于：所述S4是采用累加方法来计算的，具体步骤为：
S41：计算微震事件传递到受载点的衰减震动能量；
S42：基于所述衰减震动能量，采用累加方法计算监测点的某一类型累加震动效应；
S43...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹安业，郭文豪，王常彬，白贤栖，温颖远，薛成春，刘耀琪，王崧玮，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32