基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法技术

本发明专利技术基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，包括步骤：步骤一：收集开展“N00工法”矿井的地质、水文地质资料，确定出开采煤层顶板主要含水层；步骤二：统计开展“N00工法”矿井钻孔数据确定煤层顶板至主要含水层间距；步骤三：基于微震技术确定“N00工法”煤层开采导水裂隙带发育高度；步骤四：综合确定“N00工法”矿井煤层开采导水裂隙带发育高度；步骤五：评价煤层顶板主要含水层富水性；步骤六：将步骤二与步骤四的数据相减获得煤层顶板至主要含水层间距与导水裂隙带发育高度差值，利用Surfer软件编绘差值等值线图、含水层富水性分区图，借助GIS信息融合功能，叠加以上两种图件，得到顶板突水危险性分区图。得到顶板突水危险性分区图。得到顶板突水危险性分区图。

【技术实现步骤摘要】
基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法


[0001]本专利技术属于煤矿防治水领域，具体涉及一种基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法。

技术介绍

[0002]随着煤矿开采技术的深入研究，煤矿开采理论与工艺日趋成熟，无煤柱开采、“110”工法、“N00”工法等新的开采工艺相继出现，改变了传统煤炭开采工艺，无需提前掘进和留设煤柱，利用围岩进行支护，结构稳定、节约支护成本，改善应力环境，施工工艺简单，施工速度快，对于提高我国煤炭产业核心竞争力，保障国家能源安全，具有深远的战略意义和现实意义。
[0003]“N00”工法下煤层顶板覆岩导水裂隙发育规律如何？顶板含水层富水性程度如何？顶板突水危险性程度如何？与传统煤炭开采工艺是否相同？以上都是新的开采工艺面临的实际问题。
[0004]目前，传统煤炭开采工艺煤层顶板覆岩导水裂隙发育研究手段有现场实测、物理模拟、数值模拟、理论分析等；煤层顶板含水层富水性评价主要有地球物理勘探技术、钻孔单位涌水量、多源信息融合叠加法等；煤层顶板突水危险性评价主要综合导水裂隙带与富水含水层间距、煤层顶板含水层富水程度两个因素进行评价。以上方法在应用中存在如下问题：
[0005](1)导水裂隙带发育高度的现场实测普遍采用钻孔冲洗液漏失量观测法、岩心破碎程度、钻孔电视等手段综合研究，该种方法是最直接、准确的测定导水裂隙带发育高度的方法，是煤层回采结束上覆岩层稳定后的静态导水裂隙发育高度，缺少煤层开采前、开采过程中导水裂隙带发育高度测定，难以实现煤层开采顶板导水裂隙带实施动态监测；物理模拟、数值模拟、理论分析等手段在研究导水裂隙带发育高度过程中经过简化、概化，降低了导水裂隙带发育高度研究结果的可靠性。
[0006](2)地球物理勘探技术评价煤层顶板含水层富水性的弊端是富水异常区解释具有多解性，评价结果可靠性差；钻孔单位涌水量评价煤层顶板含水层富水性是最准确、直接的方法，但此为“点”状数据，不能反映整体区域富水性变化，若增加施工钻孔数量，资金投入较大；多源信息融合叠加法评价含水层富水性的主控因素多，且各因素之间可能有相互抵消的作用，评价结果可靠性较差，富水性等级与《煤矿防治水细则》中规定的较难统一。
[0007](3)由于导水裂隙带发育高度难以实现实时动态观测、含水层富水性评价结果可靠性难以保障，导致煤层顶板突水危险性预测结果可靠性差，难以达到实时、动态预警。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于微震监测的“N00”工法煤层顶板突水危险性预警方法。
[0009]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0010]基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：收集开展“N00工法”矿井的地质、水文地质资料，确定出开采煤层顶板主要含水层；
[0012]步骤二：统计开展“N00工法”矿井钻孔数据确定煤层顶板至主要含水层间距；
[0013]步骤三：基于微震技术确定“N00工法”煤层开采导水裂隙带发育高度；
[0014]步骤四：综合确定“N00工法”矿井煤层开采导水裂隙带发育高度；
[0015]步骤五：评价煤层顶板主要含水层富水性；
[0016]步骤六：将步骤二与步骤四的数据相减获得煤层顶板至主要含水层间距与导水裂隙带发育高度差值，利用Surfer软件编绘差值等值线图、含水层富水性分区图，借助GIS信息融合功能，叠加以上两种图件，得到顶板突水危险性分区图。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，还包括以下步骤：
[0018]步骤七：采用软件开发工具将步骤二～步骤六等信息进行开发，形成顶板实时动态微震、突水危险性等信息的反馈，发出实时动态顶板突水危险性区域预警信号，针对性地指导矿井防治水工作。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤一中，煤层顶板含水层抽水试验结果显示钻孔单位涌水量数值最大、补给条件好、补给水源充沛的孔隙、裂隙、厚层砂砾石含水层确定为主要含水层，也即受采掘破坏或影响的含水层。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步骤二中，通过收集矿井施工的所有钻孔柱状图，统计钻孔柱状图中主要含水层底与煤层顶板之间的距离。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤三中，包括以下几个方面：
[0022]1)设计并建立煤层顶板微震监测系统
[0023]在分析“N00”工法工作面的地质、水文地质条件的基础上，开展岩体基本力学参数标定，包括不同结构面长度条件下三轴加卸载试验、不同结构面角度条件下三轴加卸载试验，获取岩石强度和变形特性、破坏形式、声发射特征等，为微震监测系统的安装方案、监测方案的设计提供基本参数，为微震监测系统的安装做前期准备；
[0024]微震监测系统由硬件与软件两个部分组成；依据微震监测原理，在“N00”工法工作面布设微震传感器，内容包括传感器的数量、空间位置，布置微震传感器与主机之间的数据传输线缆、主机与分析中心的数据传输线缆，通过网络技术将现场数据向分析中心进行实时远距离传送，实现工作面微震活动连续监测，获取微震活动性时空分布数字化记录，实现分析预报系统的初步运转，完成微震监测系统的建立；
[0025]2)微震监测系统运行调试
[0026]首先对监测网络的通讯线路进行检测，检验帕拉丁盒子、授时器以及光电收发器的通信指示灯是否正常，网络传输量和延时是否达到系统运行要求，各熔接点的损耗是否均小于0.02dB，整体通路测试各路光纤中的各芯损耗是否均小于20dB，然后开展敲击实验，检验传感器是否正常运行，检验传感器编号及坐标是否与现实中传感器的编号和坐标对应；
[0027]3)微震波形数据库建立与滤波处理
[0028]井下的噪声多种多样，各种噪声的特点各不相同，对井下各种噪声都逐一进行全波形分析，然后利用这些基本特征与有效AE信号的特征对比，从而把有效的AE信号从复杂
的噪声中分析出来，为微震活动信息的分析做好准备，为此，在井下对工作面作业全过程的工序进行记录，并与监测主机采集的信号进行一一对应，对每一种噪声源产生的噪声进行反复回放分析、总结和归类，建立适合于井下噪声信号和AE声发射的数据库；
[0029]4)微震监测结果及分析。
[0030]本专利技术进一步的改进在于，步骤四中，在微震监测技术判定的导水裂隙带发育高度的基础上，采用理论计算、现场探测、数值模拟与物理模拟手段验证、校正微震监测技术判定的导水裂隙带发育最终高度，得到最终的实时动态导水裂隙带发育高度。
[0031]本专利技术进一步的改进在于，步骤五中，首先根据地质、水文地质条件优选影响主要含水层富水性的主控因素建立富水性评价体系，主控因素包括岩性及其岩性组合、岩相、渗透性和冲洗液消耗量，然后采用灰色关联分析法对含水层富水性影响因素进行排序，确定各影响因素的权重，选择排序靠前的5～6个因素开展富水性评价，采用逐步
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Fisher判别分析法和随机判别分析法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：收集开展“N00工法”矿井的地质、水文地质资料，确定出开采煤层顶板主要含水层；步骤二：统计开展“N00工法”矿井钻孔数据确定煤层顶板至主要含水层间距；步骤三：基于微震技术确定“N00工法”煤层开采导水裂隙带发育高度；步骤四：综合确定“N00工法”矿井煤层开采导水裂隙带发育高度；步骤五：评价煤层顶板主要含水层富水性；步骤六：将步骤二与步骤四的数据相减获得煤层顶板至主要含水层间距与导水裂隙带发育高度差值，利用Surfer软件编绘差值等值线图、含水层富水性分区图，借助GIS信息融合功能，叠加以上两种图件，得到顶板突水危险性分区图。2.根据权利要求1所述的基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤七：采用软件开发工具将步骤二～步骤六等信息进行开发，形成顶板实时动态微震、突水危险性等信息的反馈，发出实时动态顶板突水危险性区域预警信号，针对性地指导矿井防治水工作。3.根据权利要求2所述的基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，其特征在于，步骤一中，煤层顶板含水层抽水试验结果显示钻孔单位涌水量数值最大、补给条件好、补给水源充沛的孔隙、裂隙、厚层砂砾石含水层确定为主要含水层，也即受采掘破坏或影响的含水层。4.根据权利要求3所述的基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，其特征在于，步骤二中，通过收集矿井施工的所有钻孔柱状图，统计钻孔柱状图中主要含水层底与煤层顶板之间的距离。5.根据权利要求4所述的基于微震监测的N00工法煤层顶板突水危险性预警方法，其特征在于，步骤三中，包括以下几个方面：1)设计并建立煤层顶板微震监测系统在分析“N00”工法工作面的地质、水文地质条件的基础上，开展岩体基本力学参数标定，包括不同结构面长度条件下三轴加卸载试验、不同结构面角度条件下三轴加卸载试验，获取岩石强度和变形特性、破坏形式、声发射特征等，为微震监测系统的安装方案、监测方案的设计提供基本参数，为微震监测系统的安装做前期准备；微震监测系统由硬件与软件两个部分组成；依据微震监测原理，在“N00”工法工作面布设微震传感器，内容包括传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯洁，王苏健，刘清宝，丁湘，黄克军，蒲治国，纪卓辰，闫鑫，刘凯祥，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：