[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

说明书

本发明提供一种基于温度梯度的冲击地压/岩爆危险性预警评价方法，创新之处在于通过精准捕捉采动应力场发生冲击前、发生时温度场梯度的细微变化，将钻孔全长范围内的温度梯度值和钻孔特定位置的温度变化率同时作为冲击倾向性评价指标，依此进行量化定性和预警分析，划分无、弱、中和强冲击这4个等级并以此进行精准的解危；温度传感器从钻孔表面至采动应力高峰区范围即高于弹性区原岩应力范围内进行连续布置监测，监测范围涵盖到深部开采空间形成至采掘结束整个时间段，尤其是深部矿井工作面初次来压及周期来压时期、工作面见方时期，以及跨地质构造复杂区域等特殊时期，灵敏度高、时效性强，可以精准预测预报冲击地压/岩爆危险性及其强度等级。

技术领域

本发明涉及深部煤矿安全和隧道岩石工程监测技术领域，具体涉及基于温度梯度的冲击地压或者岩爆危险性预警评价方法。

背景技术

随着地下空间开发的不断增大，地下空间工程不断向深部延伸，矿井冲击/隧道岩爆成为制约深部空间发展的主要灾害之一。冲击地压/岩爆是指煤岩体在受外界扰动瞬间失稳破坏时，释放出很大能量而引起的以猛烈震动和爆发式破坏为特征的动力现象。在深部开采领域，冲击地压/岩爆发生时不但会影响正常的安全高效生产而且造成惨重的人员伤亡和巨大的经济损失。

目前，我国冲击地压/岩爆危险性预警评价领域，主要有微震震源定位监测技术、CT反演监测技术、电磁辐射监测技术、钻孔应力计监测技术、钻屑法监测技术等，这些技术还存在很多不足，比如应力在线监测实时监测系统灵敏度较低，费用高；弹性波CT反演技术还不能做到实时预警；微震法和声发射技术及电磁辐射技术误差较大、准确率偏低等。目前也有依据温度变化指标预测冲击地压危险性方面的相关技术，比如：

中国专利CN104763470A公开了一种矿用一孔多指标智能预警冲击地压系统，按照顺序依次判断钻杆扭矩值、钻屑推力值、钻屑温度值和钻屑重量值是否大于各自的预警值，当大于预警值则直接预警，否则进行下一个指标的判断。不否认这种逐级预警方式可以提高预警的准确性，但是该方法需要一套复杂的预警系统支持，用于煤矿井下狭小的操作空间显然不现实。尤其涉及好多机械结构，比如钻孔装置，在使用时产生机械振动，影响采集数据的准确性；这种方法监测的是钻屑过程某一时刻温度，是监测设备因摩擦等产生的温度变化率，而不是监测固有煤岩体自己的温度变化；同时监测位置是时刻变化的，不能连续观测某一固定位置温度变化率，钻孔方向缺乏连续性；另外它根据钻屑法的钻屑温度变化指标预警时，运用传感器监测钻头附近的温度变化率，由于钻机工作发热等环境因素对温度变化监测有较大的影响，容易误报，造成钻屑温度指标达不到冲击地压监测的精确要求；其钻屑孔深是否达到冲击源的能量集聚区，钻屑过程的时差性对于冲击预测也存在较大的影响。

中国专利公开号CN105158813A公开了一种基于热红探头监测煤体表面温度信号的方法，能够一定程度反映煤体的温度变化，以岩石表面的温度变化率为预警指标，用于监测开挖临空面表面温度，开挖临空面温度变化率反映某个临空区域的显著温度变化，对于冲击/岩爆发生的深部区域则难于提供温度监测数据，也无法确定到距离临空面多深的范围；利用远离冲击源的临空面表面温度作为预警值的时，环境影响极大，无法区分环境因素和工程热源因素的温度影响，难于有效预测冲击危险情况。因为岩石内部涉及到岩石的埋深，需要监测多深，传感器安装到深部多长的位置，安装角度如何选取，这都是一系列的问题。

中国专利公开号CN111551624A公开了一种氢键破裂预测煤岩冲击地压装置及其预测方法，它是一种采用电压信号与温度信号采集模块的冲击预警方法，通过监测钻孔内壁的温度变化率以及内壁破裂时的瞬态电压值判断不同深度煤岩的破碎程度，将煤岩的破碎程度作为预警值来判断冲击地压的危险程度。该技术为判断冲击地压提供了一种新的思路，但是由于钻孔内壁不同区域温度变化率以及破裂时的瞬态电压值受监测孔深度影响很大，在监测孔深度与位置未定量确定的前提下，使监测位置不固定，监测过程存在短暂性即无法长期定点监测，需要监测多深，结构体安装到深部多长的位置，这些都是待解决的问题，技术人员只能根据经验人为选取监测孔深度，得到的预警结果更依赖于经验法，无法真实捕捉冲击区域的温度变化。