一种冲击地压全危险周期时空综合预警方法

技术领域

本发明涉及冲击地压的时空监测预警技术领域，特别涉及一种冲击地压全危险周期时空综合预警方法。

背景技术

冲击地压是煤矿典型动力灾害，其破坏性强，常常造成重大人员伤亡和财产损失，严重限制了煤矿安全高效生产。

近年来冲击地压监测预警技术取得诸多进展，以电磁辐射、地音以及微震等监测手段为基础的监测预警方法层出不穷，并取得了较好的应用效果。

研究表明电磁辐射强度可反应局部应力集中情况，地音监测系统可监测局部由于应力集中导致的煤岩高频低能微破裂，微震监测系统可对煤岩微破裂连接贯通形成的低频高能大破裂和冲击地压进行区域大尺度监测。由于各监测系统监测尺度范围和频率存在差异，导致传统的采用单一监测系统进行监测预警的方法会漏掉部分信息，准确率和时效性难以满足新时代煤矿安全生产的要求。

发明内容

本发明提供了一种冲击地压全危险周期时空综合预警方法，以解决针对冲击地压的时空监测预警，传统的采用单一监测系统进行监测预警的方法会漏掉部分信息，准确率和时效性难以满足新时代煤矿安全生产要求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种冲击地压全危险周期时空综合预警方法，包括：

在待预警矿井安装微震监测系统，以从全矿井尺度确定局部冲击危险区域；

在局部冲击危险区域布置电磁辐射监测系统，以实时探测应力集中区域；

在应力集中区域布置地音监测系统；

通过电磁辐射监测系统和地音监测系统，联合微震监测系统进行待预警矿井从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程监测；

基于电磁辐射监测系统、地音监测系统及微震监测系统的监测结果，结合预设的时空预警指标，进行从应力集中、微破裂产生、微破裂连接贯通形成大尺度破裂直至冲击地压发生全过程的冲击地压全危险周期时空综合预警。

其中，所述在待预警矿井安装微震监测系统，以从全矿井尺度确定局部冲击危险区域，包括：

在待预警矿井安装微震监测系统；

通过微震监测系统实现对开采工作面及围岩的三维包围进行数据采集，挖掘微震监测系统采集的数据，确定冲击危险区域和各危险区域的冲击危险程度；

将冲击危险程度超过预设危险阈值的区域作为所述局部冲击危险区域。

其中，微震监测系统采集的数据包括微震事件空间坐标和微震事件能量；

所述确定冲击危险区域和各危险区域的冲击危险程度，包括：

根据开采过程中的微震事件空间分布规律确定冲击危险区域，根据不同空间位置分布的微震事件能量确定各冲击危险区域的冲击危险程度。

其中，所述电磁辐射监测系统的采集频率范围为1kHz～500kHz；

所述在局部冲击危险区域布置电磁辐射监测系统，包括：

在所述局部冲击危险区域每隔10m布置一个电磁辐射监测系统传感器，使得所述电磁辐射监测系统传感器覆盖冲击危险超过预设危险阈值的区域。

其中，所述在应力集中区域布置地音监测系统，包括：

在所述应力集中区每隔30m布置一个地音监测系统传感器，使得所述地音监测系统传感器覆盖所述应力集中区。

其中，所述通过电磁辐射监测系统和地音监测系统，联合微震监测系统进行待预警矿井从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程监测，包括：

通过所述地音监测系统监测能量小于100J，频率范围为300-2000Hz的高频低能微破裂事件，以进行局部小尺度监测；

通过所述微震监测系统监测能量大于100J、频率范围在0-150Hz的低频高能大破裂事件，以进行区域大尺度监测。

其中，所述时空预警指标包括时序预警指标和空间预警指标；

所述时序预警指标包括：电磁辐射强度、地音能量偏差值、地音能量偏差高值总数以及微震日最大能量；所述空间预警指标包括能量密度指数。

其中，基于电磁辐射监测系统、地音监测系统及微震监测系统的监测结果，结合预设时空预警指标，进行从应力集中、微破裂产生、微破裂连接贯通形成大尺度破裂到冲击地压发生全过程的冲击地压全危险周期时空综合预警，包括：

若当前区域的电磁辐射监测数据超过预设的电磁辐射临界值，则发出预警，提醒应密切关注当前区域的地音监测数据异常情况，判断微裂纹扩展情况，提高危险等级，同时提醒实时关注所述时空预警指标的演化规律，如果所述时序预警指标的变化率超过预设的变化率阈值，所述空间预警指标超过预设的能量密度指数临界值，则意味着大破裂开始发生，未来发生冲击地压危险的可能性很高，此时应及时根据空间预警结果，采取有针对性的卸压和防冲措施。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明通过微震监测系统从全矿井尺度确定局部冲击危险区域，然后在局部冲击危险区域布置电磁辐射监测系统，以实时探测应力集中区，指导在应力集中区布置地音监测系统，以实时监测由于应力集中而导致的煤岩体高频低能微破裂事件，当监测指标超过临界值时进行预警，以提醒监控人员加强关注微震预警指标时空演化规律，低频高能的大破裂事件或冲击地压发生的可能性提高，及时根据微震预警指标演化规律采取冲击地压防治措施。从而基于各预警系统特有的预警原理和优势，实现了多尺度多频递进聚焦式监测，达到了从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程的监测预警，提高了预警的准确性和时效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的冲击地压全危险周期时空综合预警方法流程图；

图2为本发明实施例提供的微震事件空间分布示意图；

图3为本发明实施例提供的地音和微震时序预警指标时序变化曲线图；

图4为本发明实施例提供的微震空间预警指标演化规律示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

针对传统的采用单一监测系统进行监测预警的方法会漏掉部分信息，准确率和时效性难以满足新时代煤矿安全生产要求的技术问题，本实施例综合电磁辐射、地音监测系统以及微震监测系统各自监测特点，提供了一种冲击地压全危险周期时空综合预警方法，实现了三种监测方法逐级递进聚焦，对冲击地压进行多频广域全危险周期综合监测，实现从应力集中、微破裂产生、微破裂连接贯通形成大尺度破裂到冲击地压发生全过程的多尺度多频递进聚焦式冲击地压全危险周期时空综合预警，极大提高了监测预警准确率与时效性，便于指导卸压工程精确实施，特别适用于冲击灾害频繁、致灾因素复杂的冲击地压矿井。

如图1所示，该冲击地压全危险周期时空综合预警方法包括以下步骤：

S1，在待预警矿井(有冲击地压危险的矿井)安装微震监测系统，以从全矿井尺度确定局部冲击危险区域；

具体地，在本实施例中，上述S1的实现过程如下：

在待预警矿井(有冲击地压危险的矿井)安装微震监测系统；通过微震监测系统传感器实现对开采工作面及围岩的三维包围进行数据采集，挖掘微震监测系统采集的数据，确定冲击危险区域和各区域危险程度；将危险程度超过预设危险阈值的区域，作为局部冲击危险区域。其中，微震监测系统采集的数据包括微震事件空间坐标和微震事件能量；相应地，确定冲击危险区域和各危险区域的冲击危险程度，包括：根据开采过程中的微震事件空间分布规律确定冲击危险区域，根据不同空间位置分布的微震事件能量确定各区域危险程度。

S2，在局部冲击危险区域布置电磁辐射监测系统，以实时探测应力集中区域；

具体地，在本实施例中，电磁辐射监测系统采集频率范围为1～500kHz，上述S2是在局部冲击危险较高的区域每10m布置一个电磁辐射监测系统传感器，电磁辐射监测系统传感器覆盖冲击危险较高的区域，以探测局部应力集中程度。

S3，在应力集中区域布置地音监测系统；

具体地，在本实施例中，应力集中区域的地音监测系统每隔30m布置一个地音监测系统传感器，传感器覆盖应力集中区，以进行局部小尺度监测。

S4，通过电磁辐射监测系统和地音监测系统，联合微震监测系统进行待预警矿井从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程监测；

具体地，在本实施例中，上述S4是通过电磁辐射监测系统和地音监测系统联合微震监测系统进行多系统的多尺度多频递进聚焦式冲击地压全危险周期(从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程)监测；包括：通过应力集中区布置的地音监测系统监测能量小于100J，频率范围为300-2000Hz高频低能微破裂事件，进行局部小尺度监测，以及通过微震监测系统监测能量大于100J、频率范围在0-150Hz的低频高能大破裂事件，进行区域大尺度监测。

S5，基于电磁辐射监测系统、地音监测系统及微震监测系统的监测结果，结合预设的时空预警指标，进行从应力集中、微破裂产生、微破裂连接贯通形成大尺度破裂直至冲击地压发生全过程的冲击地压全危险周期时空综合预警。

具体地，在本实施例中，时空预警指标包括时序预警指标和空间预警指标；其中，时序预警指标包括：电磁辐射强度E

上述S5实现冲击地压全危险周期时空综合预警的过程如下：

若当前区域的电磁辐射监测数据超过预设的电磁辐射临界值，则应密切关注当前区域的地音监测数据异常情况，判断微裂纹扩展情况，提高危险等级，同时提醒实时关注时空预警指标的演化规律，如果时序预警指标出现快速上升快速下降的异常变化，空间预警指标超过预设的能量密度指数临界值，则意味着大破裂开始发生，未来发生冲击地压危险的可能性很高，应及时根据空间预警结果，采取有针对性的卸压和防冲措施。其中，需要说明的是，各系统临界值和预警指标异常趋势可根据各矿井实际情况确定，本实施例对此不作限定。

下面，以具体的应用实例来对本实例方法的实现过程及效果作进一步说明。

本实施例以乌东煤矿某工作面2016年11月12日至2016年12月8日的微震和地音监测数据作为原始数据，利用本发明的方法进行预警指标挖掘，确定冲击危险区域和未来几天发生冲击地压的可能性大小，其实现过程如下：

步骤1，在有冲击地压危险的乌东煤矿某工作面安装微震监测系统，利用微震监测系统传感器实现对开采工作面及围岩的三维包围进行数据采集，挖掘微震监测系统采集的微震事件空间坐标和能量参数，结果如图2所示，根据开采过程中微震事件空间分布规律确定了冲击危险区域，根据不同空间位置分布的微震事件能量可确定各区域危险程度。

步骤2，在冲击危险较高的应力集中区域布置地音监测系统，地音监测系统联合微震监测系统进行多系统的多尺度多频递进聚焦式冲击地压全危险周期监测，应力集中区布置的地音监测系统用于监测能量小于100J，频率范围为300-2000Hz的高频低能微破裂事件，应力集中区的地音监测系统每隔30m布置一个传感器，地音监测系统传感器覆盖应力集中区，进行局部小尺度监测。微震监测系统用于监测能量大于100J、频率范围在0-150Hz的低频高能大破裂事件，进行区域大尺度监测，实现从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程监测。

步骤3，选取地音监测系统采集的能量参数，计算时序预警指标地音能量偏差值D

地音和微震时序预警指标时序演化规律如图3所示，冲击地压发生前2天，岩体受高应力作用微裂纹开始生成，地音监测系统实现了对高频低能微破裂地音事件的监测，地音预警指标出现异常，D

最终于2016年11月24日在前期预测的高能量密度指数区域发生冲击地压，造成严重破坏，验证了预测结果的准确性。冲击地压发生后岩体受冲击造成的破坏影响，微破裂较少，以大破裂为主，被微震监测到。

综上，本发明通过微震监测系统从全矿井尺度确定局部冲击危险区域，然后在局部冲击危险区域布置电磁辐射监测系统，实时探测应力集中区，指导在应力集中区布置地音监测系统，实时监测由于应力集中而导致的煤岩体高频低能微破裂事件，当监测指标超过临界值时进行预警，提醒监控人员加强关注微震预警指标时空演化规律，低频高能的大破裂事件或冲击地压发生的可能性提高，及时根据微震预警指标演化规律采取冲击地压防治措施。从而基于各预警系统特有的预警原理和优势，实现了多尺度多频递进聚焦式监测，达到了从冲击危险萌芽到冲击地压发生全过程的监测预警，提高了预警的准确性和时效性。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。