[发明专利]基于温度梯度的冲击地压/岩爆危险性预警评价方法

权利要求书

1.一种基于温度梯度的冲击地压/岩爆危险性预警评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：初步评估待监测区域冲击地压/岩爆的危险等级

对待监测区域的冲击地区/岩爆进行评估，根据评估结果确定待监测区域的危险区域及其危险等级，从而将该监测区域划分为无冲击危险区、弱冲击危险区、中等冲击危险区，以及强冲击危险区；

第二步：获取待监测区域岩石破坏时试块的温度变化率E

在待监测区域进行煤岩取样，对煤样试块进行冲击破坏实验，记录试块破坏时温度变化率E_阀，从而作为预警临界值；

第三步：在待监测区域布置温度传感器

首先提前在待监测区域布置采动应力监测传感器，用于监测采动应力场的变化规律，以此确定煤层或岩层高应力区以及高于弹性区原岩应力范围；在煤层或岩层高应力区以及高于弹性区原岩应力范围设计钻孔间距和温度传感器布置方案，要求温度传感器由钻孔表面开始连续布置至应力高峰区，温度传感器监测最大深度应位于煤层或岩层弹性区域侧的高于弹性区原岩应力范围；根据初步评估的危险等级按照危险等级越高布置传感器组数越多原则设计温度传感器的布置间距和排距，记录下各温度传感器所处的安装位置参数包括安装角度和层位埋深关系等)，并进行挂牌管理；

第四步：利用温度梯度初步预测能量集聚集中区域所处的区域

4.1：实时采集每个温度传感器的温度，根据相邻温度传感器的温度差值ΔT与间距ΔL确定相邻传感器在不同时刻的温度梯度；

式中：M表示为温度梯度值，单位为℃/m；ΔT表示为温度传感器对应的监测温度变化量，单位为℃；ΔL表示为相邻监测传感器距离，单位为m；

4.2：获取钻孔长度范围内温度梯度预警曲面

以时间为横坐标X轴，钻孔深度为横坐标Y轴，以温度传感器对应的温度监测值为纵坐标Z轴，绘制不同时刻，待监测区域温度梯度曲面；也就是说，每相邻传感器随着时间推移对应一个温度梯度曲面；

4.3：获取特定位置温度变化率曲线作为预警曲线

定时采集处于特定位置的温度传感器监测到的温度值，然后进行数据分析得到处于特定位置的温度传感器的温度变化率曲线；

所述的特定位置温指的是：从采动应力场峰值位置分别向两侧的塑性区和弹性区展开到原岩应力位置的区域；

4.4：根据温度梯度和温度变化率初步预测能量集聚集中区域

操作时，比较所有钻孔的温度梯度曲面并结合特定位置温度传感器的温度变化率，找出温度梯度和温度变化率发生显著变化的曲面和曲线，温度梯度和温度变化率大时对应的位置范围是能量集聚集中区域，温度梯度显著变化的时间范围对应的是冲击破坏开始发生直至发生的过程；

第五步：利用温度变化率找到距离能量集聚集中区域最近的温度传感器，根据该温度传感器的安装位置参数精准确定能量集聚集中区域的具体位置

5.1：利用4.3步温度传感器监测到的温度数据，绘制出处于能量集聚集中区域的温度传感器的温度变化率曲线；

5.2：剔除无效的温度变化率曲线，目的是排除环境温度的误差数值，操作时，将第二步得到的温度变化率E_阀作为确定煤层的温度变化率的阀值；然后将第5.1步的每条温度变化率曲线的斜率与该阀值相比较，当某一温度变化率曲线的斜率大于该阀值的一定系数，则该条温度变化率曲线为无效温度变化率曲线，反之为有效温度变化率曲线；

5.3：比较所有有效温度变化率曲线斜率，曲线斜率越大，说明温度变化率越大，与能量集聚集中区域距离越近，基于这一原理，找出曲线斜率最大的那条温度变化率曲线对应的温度传感器编号，根据该温度传感器编号找到其位置参数，通过该温度传感器的位置参数推出能量集聚集中区域更具体的位置；

第六步：确定能量集聚集中区域的危险等级

6.1：根据5.3步得到的冲击能量集聚更具体的位置，并结合温度梯度显著变化区域时间范围确定冲击破坏发生过程，计算发生显著变化的温度梯度曲面对应的监测值M与温度变化率曲线对应的监测值E，并事先设定弱冲击的温度梯度预警下限值为M₁、温度变化率预警下限值为E₁；中等冲击的温度梯度预警下限值为M₂、温度变化率预警下限值为E₂；强冲击的温度梯度预警下限值为M₃、温度变化率预警下限值为E₃；

6.2：将能量集聚集中区域的温度梯度监测值M与事先设定的弱冲击的温度梯度预警下限值M₁作比较，将出现显著变化温度变化率监测值E与温度变化率预警下限值E₁作比较，判断:温度梯度是否大于M₁，变化温度变化率是否大于E₁；若否，则判断为无冲击，无需报警器进行报警；若是，则激发报警器进行报警，并且进一步执行冲击地压危险性等级预警判定；

(1)若M₁≤M＜M₂，E₁≤E＜E₂,则判断为弱冲击，显示屏幕闪烁为绿色，发出弱冲击绿色预警；

(2)若M₂≤M＜M₃，E₂≤E＜E₃，则判断为中等冲击，显示屏幕闪烁为黄色，发出中等冲击黄色预警；

(3)若M＞M₃，E＞E₃，则判断为强冲击，显示屏幕闪烁为红色，发出强冲击红色预警；

第七步：根据能量集聚集中区域的具体位置以及危险等级指定防治冲击地压/岩爆防治措施。