[发明专利]一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法

权利要求书

1.一种基于微震监测判识大能量矿震致灾性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在采煤工作面(10)回采前方轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)巷道底板进行拾震传感器的布置，拾震传感器包括大量程型拾震传感器(3)、中量程型拾震传感器(4)和小量程型拾震传感器(5)，其布置方式如下：按照距离震源(7)越近矿震能量越大的原则以及采煤工作面(10)周边以及超前300m范围内矿震频发的原则，在轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)超前采煤工作面(10)50～200m范围内各布置1个大量程型拾震传感器(3)，在超前采煤工作面(10)200～500m范围内各布置1个中量程型拾震传感器(4)，在超前采煤工作面(10)500～1000m范围内各布置1个小量程型拾震传感器(5)，在轨道顺槽(1)与回风大巷(11)交叉区域、胶带顺槽(2)与运输大巷(12)交叉区域各布置1个小量程型拾震传感器(5)，同时，使轨道顺槽(1)和胶带顺槽(2)中安装的拾震传感器上下之间相互交错布置并形成覆盖采煤工作面(10)周边及超前区域的覆盖监测系统，并确保工作面开采期间有6～8个拾震传感器对监测区域的矿震进行实时监测；

步骤二：利用通信电缆(6)建立各个拾震传感器之间以及与地面信号采集站(13)的通信连接，利用通信光缆建立地面信号采集站(13)与监测计算机(14)的通信连接；

步骤三：在采煤工作面(10)向前开采过程中，利用覆盖监测系统对震源(7)产生的以震动波传播射线(8)为传播路径的震动波信号进行实时采集，并通过通信电缆(6)实时传输至地面信号采集站(13)，再通过地面信号采集站(13)将接收到震动波信号实时发送给监测计算机(14)；

步骤四：通过监测计算机(14)根据所接收的震动波信号确定波形到时时间，并进一步得到各个震源(7)所产生的震动波传播射线(8)、由各个震源(7)产生的震动波传播至各个拾震传感器安装位置点后引起的最大振动速度、各个震源(7)的空间位置和能量、各个震源(7)空间位置的中心点与各个拾震传感器的安装位置点之间的直线距离；

步骤五：基于历史一段时间内的矿震数据，采用经验分类法，初步判别该矿震传播至该拾震传感器所在巷道围岩的影响情况，当最大振动速度＜0.2m/s时，评估为Ⅰ级影响，当最大振动速度为0.2～0.4m/s时，评估为Ⅱ级影响，当最大振动速度＞0.4m/s时，评估为Ⅲ级影响；

步骤六：根据拾震传感器安装位置点实际的巷道围岩情况对步骤五中的评估结果进行验证，若评估结果与现场实际情况相符，执行步骤十一，若评估结果与现场实际情况不相符，执行步骤七；

步骤七：基于采煤工作面(10)周边及其超前监测区域历史一段时间内的矿震数据，利用监测计算机(14)统计分析得出该区域内矿震衰减特征及规律，并拟合得到该区域内矿震振动速度、震源(7)和拾震传感器之间距离的衰减公式(1)；

式中，(PPV)_ij表示一个震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至拾震传感器j的安装位置点后引起的质点峰值速度；α表示比例系数，一个震源(7)对应一个值，一个监测区域若干个震源(7)的比例系数取所有震源(7)比例系数的平均值；r_ij表示震源(7)i中心点与拾震传感器j安装位置点之间的直线距离；β表示一个震源(7)产生的震动波由其中心点传播至一个拾震传感器安装位置点后质点峰值速度的衰减系数，一个监测区域若干个震源(7)的衰减系数取所有震源(7)衰减系数的平均值；

步骤八：先从监测计算机(14)计算所得到的数据中选取震源(7)i和拾震传感器j，并将震源(7)i的空间位置坐标(x_i,y_i,z_i)、拾震传感器j的安装位置坐标(x_j,y_j,z_j)、震源(7)i与拾震传感器j之间的直线距离r_ij、拾震传感器j接收震源i震动波的质点峰值速度(PPV)_ij输入到衰减公式(1)中得到α和β之间的关系式，再通过拟合计算的方式得到比例系数α和衰减系数β；

步骤九：在监测区域中的所有震源(7)i的比例系数α和衰减系数β均得到以后，分别求其平均值作为若干个震源(7)的比例系数α₀和若干个震源(7)的衰减系数β₀；

步骤十：确认该监测区域矿震振动速度衰减公式(2)；

步骤十一：计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度；

当某监测区域的大能量矿震最大振动速度未知时，利用衰减公式(2)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度(PPV)_i′_j；当某监测区域的大能量矿震最大振动速度已知时，利用衰减公式(3)计算大能量矿震震动波传播至任一点位置的质点峰值速度

式中，表示震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至任一j₀点位置后引起的质点峰值速度；(PPV)_imax表示该监测区域震源(7)i的最大质点峰值速度，即最大振动速度；λ表示震源(7)i产生的震动波由其中心点传播至任一j₀点位置后质点峰值速度的衰减系数；表示震源(7)i空间位置的中心点到震动波传播至任一j₀点位置之间的距离；

步骤十二：确定致灾速度临界值；若在当前质点峰值速度下，j₀点位置巷道围岩发生明显破坏、出现裂缝，对巷道围岩稳定性造成明显影响，则当前质点峰值速度具有致灾性，确定当前质点峰值速度为致灾速度临界值；

步骤十三：对于采煤工作面(10)回采期间产生的矿震，基于微震监测确定该矿震为大能量矿震时，根据步骤十一中的方式计算出该大能量矿震从震源(7)产生传播至采煤工作面(10)轨道顺槽(1)、胶带顺槽(2)任一位置的质点峰值速度(PPV)_i′_j或当质点峰值速度(PPV)_i′_j或超过该监测区域致灾速度临界值时，则判别该大能量矿震具有致灾性，应及时采取卸压解危措施，加强冲击地压危险监测和巷道支护强度，反之，该大能量矿震未有致灾性，加强冲击地压危险监测，正常进行采掘作业。