一種基于聲發(fā)射技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于聲發(fā)射技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析主機(jī)、地面交換機(jī)、井下交換機(jī)、AE主機(jī)、信號(hào)線和兩個(gè)聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器的輸出端經(jīng)過信號(hào)線和AE主機(jī)相連；所述AE主機(jī)的輸出端在依次經(jīng)過井下交換機(jī)和地面交換機(jī)后與數(shù)據(jù)分析主機(jī)相連接。該系統(tǒng)利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)在線連續(xù)跟蹤礦井回采工作面的回采過程，采集回采過程中聲發(fā)射信號(hào)，分析信號(hào)的響應(yīng)特征規(guī)律，捕捉回采過程中動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害發(fā)生的前兆信息，分析動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害發(fā)生前后的聲發(fā)射演化規(guī)律，對(duì)試驗(yàn)工作面的煤巖瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害進(jìn)行綜合判識(shí)預(yù)警。
【專利說明】一種基于聲發(fā)射技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種基于聲發(fā)射技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，涉及礦井 災(zāi)害防治【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀(jì)以來，國家對(duì)煤炭資源的深部開采給予高度重視，隨著深度的增加，礦井開 采中出現(xiàn)的主要問題有：地溫增高、瓦斯涌出量增加、礦山壓力增大、沖擊地壓顯著以及煤 的自燃發(fā)火危險(xiǎn)增。從瓦斯突出量看，在深600?900m，尤其是700?800m是瓦斯突出頻 率明顯增高的深度。但對(duì)深部礦井瓦斯賦存研宄尚缺乏明確的共識(shí)，尤其是對(duì)深部瓦斯賦 存規(guī)律研宄的歷史、現(xiàn)狀與進(jìn)展缺乏較全面的了解和認(rèn)知。近年來，隨著礦井開采深度不斷 增加、開采強(qiáng)度加大，礦井深水平礦山壓力日益顯現(xiàn)，沖擊地壓、以地壓為主導(dǎo)影響因素的 煤與瓦斯突出等煤巖動(dòng)力災(zāi)害也將日益突出。通過研宄深部礦井瓦斯賦存規(guī)律，為深部礦 井瓦斯防治、抽采達(dá)標(biāo)等提供技術(shù)指導(dǎo)，顯得非常必要。
[0003] 深部礦井瓦斯含量模型具有呈非線性特性。目前的單一靜態(tài)預(yù)測(cè)方法，只能反映 煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的某一因素的指標(biāo)及其變化，但對(duì)于深部開采條件下，復(fù)雜瓦斯動(dòng)力災(zāi) 害是主控因素及控制因素之間的相關(guān)關(guān)系共同作用的結(jié)果，而聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)正是對(duì)主控 因素及其這一結(jié)果的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)超前預(yù)測(cè)及預(yù)警。而這一動(dòng)態(tài)預(yù) 測(cè)技術(shù)也正是深部礦井瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0004] AE聲發(fā)射連續(xù)監(jiān)測(cè)深部礦井特殊動(dòng)力災(zāi)害技術(shù)是一種非接觸式地球物理預(yù)測(cè)方 法，在時(shí)間和空間上具有動(dòng)態(tài)、連續(xù)性，預(yù)測(cè)工作無需打鉆或打鉆工程量較少、不占用專門 的作業(yè)時(shí)間、不影響生產(chǎn)，具有目前普遍采用的傳統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)所不具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是有潛 力的非接觸式預(yù)測(cè)方法，是行業(yè)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控預(yù)警的發(fā)展趨勢(shì)，正是礦井安全管理所急需 的有效監(jiān)測(cè)技術(shù)。
[0005] 煤巖體在外界條件（地應(yīng)力、瓦斯壓力等）作用下，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部應(yīng)力集中 現(xiàn)象。由于應(yīng)力集中區(qū)的高能狀態(tài)不穩(wěn)定，它必將向穩(wěn)定的低能狀態(tài)過渡。在這一過渡 過程中，應(yīng)變能將以應(yīng)力波的方式快速釋放并在煤巖體介質(zhì)中傳播，即煤巖體聲發(fā)射現(xiàn)象 (acoustic emission，簡(jiǎn)稱AE)。位錯(cuò)可能產(chǎn)生微水平的彈性應(yīng)力波，而孿晶、顆粒界面的移 動(dòng)、裂縫的產(chǎn)生和傳播可能產(chǎn)生宏觀水平的應(yīng)力波，巖體受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷 裂，可能產(chǎn)生很強(qiáng)烈的聲發(fā)射現(xiàn)象。而有的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度很弱，人耳不能直接聽見，需要 借助靈敏的電子儀器才能檢測(cè)出來，用儀器檢測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào) 推斷聲發(fā)射源以及進(jìn)行結(jié)構(gòu)破壞趨勢(shì)預(yù)測(cè)、煤巖動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警等的技術(shù)稱為煤巖 體聲發(fā)射技術(shù)。
[0006] 聲發(fā)射是煤巖變形和破裂過程中產(chǎn)生的應(yīng)力波現(xiàn)象，煤巖變形和破裂的進(jìn)程與地 應(yīng)力大小、煤巖的強(qiáng)度等有著密切的關(guān)系，所以聲發(fā)射特征參數(shù)主要反映工作面前方應(yīng)力 活動(dòng)情況，當(dāng)應(yīng)力處于活躍期時(shí)，產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)較多，且能量越大，而應(yīng)力活動(dòng)處于平 靜期時(shí)，則聲發(fā)射信號(hào)較少甚至接收不到聲發(fā)射信號(hào)。在應(yīng)力水平較大、煤巖層較軟、頂?shù)?板破碎的區(qū)域（這些區(qū)域往往是突出危險(xiǎn)區(qū)），采掘過程中煤巖的變形和破壞比較容易，此 時(shí)的聲發(fā)射活動(dòng)就較多而且集中，聲發(fā)射特征參數(shù)指標(biāo)值一般比較高。同時(shí)，由于瓦斯壓力 的存在能夠在一定程度上降低煤的破壞強(qiáng)度，在應(yīng)力水平一定的條件下，減少煤抗破壞的 能力，使得聲發(fā)射特征參數(shù)指標(biāo)值有所增加。所以，聲發(fā)射特征參數(shù)能夠不同程度地反映引 發(fā)突出的地應(yīng)力、瓦斯和煤的強(qiáng)度性質(zhì)因素，從而反映出工作面的突出危險(xiǎn)性。
[0007] 由于煤中原生的和次生的裂隙的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于煤極限粒度的強(qiáng)度，所以，煤在受力 時(shí)優(yōu)先在微裂隙產(chǎn)生破壞，表現(xiàn)出沿粒破壞形式，即微裂隙破壞。由于煤體中的微裂隙是隨 機(jī)分布的，不完全是相互連通的。隨著載荷的增加，在微裂隙之間的微孔隙上產(chǎn)生滿足格里 菲斯準(zhǔn)則的微孔隙破壞。所以，煤體的破壞形式包括3種：一是微裂隙破壞，二是微孔隙破 壞，三是前二者的組合破壞。在這三種破壞中，孔隙和裂隙中存在的瓦斯壓力增強(qiáng)了有效正 應(yīng)力，更有利于這種破壞的產(chǎn)生。隨著載荷的增加，裂隙破壞進(jìn)一步擴(kuò)展，并可能產(chǎn)生分岔 現(xiàn)象。裂隙的擴(kuò)展達(dá)到一定程度就停止了，擴(kuò)展后的裂隙長度取決于最小主應(yīng)力與最大主 應(yīng)力的比值和原始裂隙長度。煤體的宏觀破壞并不一定是單個(gè)裂隙的擴(kuò)展形成的，當(dāng)作用 于裂隙帶的剪應(yīng)力大于抗剪強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生剪切位移，表現(xiàn)出在原裂隙方向上的剪切破壞；另 一種情況是，在最大和最小有效應(yīng)力的作用下，裂隙擴(kuò)展出現(xiàn)一組分岔穩(wěn)定裂隙，當(dāng)裂隙端 部產(chǎn)生的局部有效拉應(yīng)力大于一定值時(shí)，分岔的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，造成宏觀的張性破壞。
[0008] 一般而言，煤巖的破壞過程包括原生裂隙的閉合階段、新裂隙的產(chǎn)生、擴(kuò)展及斷 裂。在煤巖的變形和破裂過程中，聲發(fā)射的產(chǎn)生可能來自于以下幾個(gè)方面：①煤巖集團(tuán)或顆 粒之間是靠各種橋鍵連接的，其鍵能遠(yuǎn)小于金屬等材料的鍵能，在外力作用下，當(dāng)大分子集 團(tuán)和原子的位錯(cuò)、滑移引起橋鍵的斷裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象；②煤巖大分子集團(tuán)之間存在 的各種礦物質(zhì)和膠結(jié)物也是靠分子鍵連接的，其斷裂時(shí)也會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射；③一部分源生裂 隙的擴(kuò)展和新生裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展中也會(huì)產(chǎn)生大量的聲發(fā)射現(xiàn)象；④在裂紋的發(fā)展中，彼 此之間會(huì)產(chǎn)生摩擦和碰撞等，此時(shí)也會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象；⑤在裂紋擴(kuò)展到一定程度，引起斷 裂時(shí)，產(chǎn)生的聲發(fā)射活動(dòng)會(huì)更大、更集中。
[0009] 深部礦井瓦斯賦存條件復(fù)雜，單一靜態(tài)方法預(yù)測(cè)只能反映煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的某 一因素的指標(biāo)及其變化，對(duì)于深部開采條件下，復(fù)雜瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的分析顯得無能為力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè) 技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，利用聲發(fā)射連續(xù)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面 的聲發(fā)射信號(hào)特征，捕獲動(dòng)力災(zāi)害前兆，進(jìn)行災(zāi)害的有效判識(shí)，起到災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警的作用， 提高試驗(yàn)工作面的突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，為采取有效的針對(duì)性的災(zāi)害防治措施及工作面的 安全回采起到指導(dǎo)作用。
[0011] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0012] 一種基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)分析主機(jī)、地面交換機(jī)、 井下交換機(jī)、AE主機(jī)、信號(hào)線和兩個(gè)聲發(fā)射傳感器；所述兩個(gè)聲發(fā)射傳感器設(shè)置于機(jī)巷中 距離工作面前方50m以外位置處，兩個(gè)聲發(fā)射傳感器之間相距IOm布置，所述聲發(fā)射傳感器 的輸出端經(jīng)過信號(hào)線和AE主機(jī)相連；所述AE主機(jī)的輸出端在依次經(jīng)過井下交換機(jī)和地面 交換機(jī)后與數(shù)據(jù)分析主機(jī)相連接；聲發(fā)射傳感器采集聲發(fā)射信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的振鈴計(jì)數(shù)， 振鈴計(jì)數(shù)信號(hào)經(jīng)過AE主機(jī)上傳至數(shù)據(jù)分析主機(jī)。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述聲發(fā)射傳感器的設(shè)置采用孔底安裝方式，具 體為：采用水泥注漿和叉式固定的安裝方式，孔徑cp65mm，孔深20m。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述聲發(fā)射傳感器的設(shè)置采用波導(dǎo)器安裝方式： 聲發(fā)射傳感器通過特制接頭安裝在巷道頂板上的礦用標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)錨桿上。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，隨著工作面的回采，每間隔30m作為一個(gè)循環(huán)，將 聲發(fā)射傳感器依次后退安裝。
[0016] 本發(fā)明還公開了一種對(duì)應(yīng)所述基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 方法，具體步驟為：
[0017] 步驟一、監(jiān)測(cè)聲發(fā)射傳感器所采集到的聲發(fā)射信號(hào)，統(tǒng)計(jì)其所產(chǎn)生的振鈴計(jì)數(shù)，同 時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔瓦斯涌出的初速度和鉆肩量這兩個(gè)特征參數(shù)指標(biāo)；
[0018] 步驟二、根據(jù)步驟一所得的數(shù)據(jù)，制作聲發(fā)射信號(hào)的振鈴計(jì)數(shù)、特征參數(shù)指標(biāo)變化 規(guī)律及其與異?，F(xiàn)象對(duì)應(yīng)的變化曲線圖；
[0019] 步驟三、根據(jù)步驟二得到的曲線圖觀測(cè)振鈴計(jì)數(shù)的變化情況和特征參數(shù)指標(biāo)的變 化情況，其中，振鈴計(jì)數(shù)的變化情況反映工作面頂板及煤體的活動(dòng)性，特征參數(shù)指標(biāo)的變化 情況反應(yīng)頂板活動(dòng)過程中導(dǎo)致煤巖體的能量釋放；
[0020] 步驟四、根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)變化的前兆特征性，對(duì)工作面可能發(fā)生的異常情況進(jìn)行 提前預(yù)測(cè)預(yù)警，并實(shí)時(shí)反映工作面所采取針對(duì)性措施的執(zhí)行情況。
[0021] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：在本發(fā)明所公開 的基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法中，聲發(fā)射指標(biāo)能夠很好地超前 反映工作面前方存在的異常情況，敏感性明顯優(yōu)于工作面執(zhí)行的常規(guī)校檢指標(biāo)，且提前捕 捉了工作面災(zāi)害的發(fā)生前兆信息，并提前近一個(gè)班的時(shí)間給出了警示。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是回采工作面聲發(fā)射監(jiān)測(cè)示意圖。
[0023] 圖2是聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)指標(biāo)變化規(guī)律曲線。
[0024] 圖3是發(fā)生災(zāi)害前后的聲發(fā)射特征參數(shù)指標(biāo)變化的規(guī)律曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中涉及到的相關(guān)模塊及其實(shí)現(xiàn)的功能 是在改進(jìn)后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上搭載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件程序 或有關(guān)協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)，并非是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。例如， 改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)依然可以通過裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該硬件系統(tǒng)的特 定功能。因此，可以理解的是，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進(jìn)及其連 接組合關(guān)系，而非僅僅是對(duì)硬件模塊中為實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進(jìn)。
[0027] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中提到的相關(guān)模塊是用于執(zhí)行本申請(qǐng) 中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的硬件設(shè)備。所述硬件設(shè)備可 以為所需的目的而專門設(shè)計(jì)和制造，或者也可以采用通用計(jì)算機(jī)中的已知設(shè)備或已知的其 他硬件設(shè)備。所述通用計(jì)算機(jī)有存儲(chǔ)在其內(nèi)的程序選擇性地激活或重構(gòu)。
[0028] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元 件被"連接"或"耦接"到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在 中間元件。此外，這里使用的"連接"或"耦接"可以包括無線連接或耦接。這里使用的措 辭"和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0029] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù) 術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng) 該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的 意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0030] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0031] 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，AE現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)依托平煤十礦己15-24080回采工作 面，該采面位于十礦己四采區(qū)西翼第三階段，東靠己四軌道下山、瓦專、運(yùn)輸機(jī)下山，西至26 勘探線，南為己15-24060采空區(qū)，北未開采。工作面標(biāo)高-460. 8?-629. 5m，工作面埋深 631?900m。工作面所采煤層為己15煤層，外段己15與己16合層，里段分開，合層區(qū)煤厚 一般在3. 5m左右，最厚達(dá)4m以上。煤厚1. 6?2. 6m，一般為2. 2m，煤層傾角10?37°， 平均24°。己15煤層直接頂為4. 6?14m厚的砂質(zhì)泥巖含薄層狀碳質(zhì)泥巖，上為大于18m 厚的細(xì)至中粒砂巖；直接底為泥巖，厚0?7. 5m。己15煤層原始瓦斯壓力2. 23Mpa，瓦斯 12.37m/t〇
[0032] 利用YSFS(A)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線連續(xù)跟蹤己15-24080回采工作面的回采過程， 跟蹤工作面約150m，采集回采過程中聲發(fā)射信號(hào)，分析信號(hào)的響應(yīng)特征規(guī)律，捕捉回采過程 中動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害發(fā)生的前兆信息，分析動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害發(fā)生前后的聲發(fā)射演化規(guī)律，對(duì) 試驗(yàn)工作面的煤巖瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象或?yàn)?zāi)害進(jìn)行綜合判識(shí)預(yù)警。整體試驗(yàn)方案圖如圖1所示。
[0033] 將監(jiān)測(cè)工作面試驗(yàn)區(qū)域范圍選在工作面第二回采區(qū)段，并以試驗(yàn)周期劃分為：初 期試驗(yàn)階段、擴(kuò)大性試驗(yàn)階段。初期試驗(yàn)階段：距工作面初始切眼360m開始至距工作面初 始切眼430m(試驗(yàn)范圍70m)。此范圍內(nèi)工作面存在物探異常區(qū)A5、A6、A7三個(gè)異常區(qū)，其 中A5、A6為風(fēng)巷側(cè)的正斷層，A5斷層落差0. 5m，深度103m。且此范圍內(nèi)巷道掘進(jìn)期間經(jīng)常 出現(xiàn)噴孔、卡鉆、響煤炮等異常動(dòng)力現(xiàn)象。在機(jī)巷側(cè)安裝2個(gè)聲發(fā)射傳感器。擴(kuò)大性試驗(yàn)階 段：距工作面初始切眼430m開始至距工作面初始切眼510m(試驗(yàn)范圍80m)。工作面此范 圍內(nèi)巷道掘進(jìn)期間經(jīng)常出現(xiàn)噴孔、卡鉆、響煤炮等異常動(dòng)力現(xiàn)象。在己15-24080采面機(jī)巷 距離工作面前方50m位置處布置1個(gè)聲發(fā)射傳感器，后退IOm布置第2個(gè)傳感器。隨著工 作面的回采，每30m作為一個(gè)循環(huán)將傳感器后退安裝。其中，傳感器安裝方式共分兩種：
[0034] 1)孔底安裝方式：安裝方式采用水泥注漿和叉式固定的安裝方式，孔徑cp65mm， 孔?米20m。
[0035] 2)波導(dǎo)器安裝方式：傳感器通過特制接頭安裝在巷道頂板上的礦用標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)錨 桿上。
[0036] 從2013年6月6日開始，聲發(fā)射系統(tǒng)已連續(xù)跟蹤考察工作面約170余m，進(jìn)行工作 面防突措施效果檢驗(yàn)41個(gè)循環(huán)，鉆孔瓦斯涌出初速度、鉆肩量2個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)均未出現(xiàn)測(cè)試 超標(biāo)現(xiàn)象。選用聲發(fā)射的振鈴計(jì)數(shù)及能量2個(gè)特征參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)律分析。圖2為監(jiān)測(cè)期 間的聲發(fā)射信號(hào)的振鈴計(jì)數(shù)、能量2個(gè)特征參數(shù)指標(biāo)的變化規(guī)律及異?，F(xiàn)象等對(duì)應(yīng)的變化 曲線。聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)變化與工作面出現(xiàn)的煤炮、瓦斯涌出異常、頂板活動(dòng)、措施執(zhí)行 等有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且聲發(fā)射信號(hào)變化具有明顯的前兆特征，能夠超前反映工作面可 能發(fā)生的異常情況，做到對(duì)工作面可能發(fā)生的異常情況進(jìn)行提前預(yù)測(cè)預(yù)警，并且能夠?qū)崟r(shí) 反映工作面采取的針對(duì)性措施執(zhí)行情況。
[0037] 以圖2中的2013年7月3號(hào)中班18:06分發(fā)生的以地應(yīng)力為主導(dǎo)的"瓦斯大幅 超限"災(zāi)害分析。采面在推進(jìn)第2刀，推到91?99架處時(shí)發(fā)生瓦斯超限，切眼探頭濃度最 大達(dá)到3. 34%，上隅角達(dá)到4. 7%，風(fēng)里探頭達(dá)到1. 36%，風(fēng)外探頭1. 69%。經(jīng)計(jì)算切眼涌 出瓦斯量達(dá)276m3^，大致計(jì)算參與煤量35. 84t，噸煤瓦斯涌出量約為7. 7m3/t。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘 查，采面在126架以下至70架之間煤壁片幫顯現(xiàn)明顯，尤其是99架至71架之間尤為明顯， 煤壁出現(xiàn)大量從上而下斜切縱向裂隙，裂隙寬約2?5mm，在80架左右有2條落差0. 4? 0. 6m小正斷層，煤壁垮落處看到明顯構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的鏡面節(jié)理，84?71架煤壁整體外移 200?500mm，煤壁鉆孔在200?500mm深度發(fā)生明顯錯(cuò)位，用手插進(jìn)孔里可以明顯摸到煤 體內(nèi)錯(cuò)臺(tái)及裂縫，該區(qū)域個(gè)別鉆孔現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)瓦斯最大1. 3?1. 5%，煤壁裂隙內(nèi)溢出瓦斯也 明顯較其他區(qū)域稍高，在84架小斷層以下底板有約6?9m長發(fā)生100?200mm輕微底鼓 現(xiàn)象。綜合動(dòng)力現(xiàn)象顯現(xiàn)特征，本次災(zāi)害整體來看應(yīng)屬于以地應(yīng)力為主導(dǎo)的煤巖擠出。
[0038] 7月2號(hào)早班區(qū)域驗(yàn)證時(shí)測(cè)試q值最大0. 96L/min，鉆肩量S最大3Kg/m，Δ h2最 大60Pa，未出現(xiàn)指標(biāo)超限的情況。7月2號(hào)夜班打防突措施孔，持續(xù)時(shí)間從8 :30?7月3 號(hào)00 :30,期間未出現(xiàn)任何異常。且在災(zāi)害發(fā)生前工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控曲線未有明顯的異 常波動(dòng)，瓦斯涌出變化比較平穩(wěn)。
[0039] 由圖3的2013年7月3號(hào)中班18 :06發(fā)生以地應(yīng)力為主導(dǎo)的"瓦斯大幅超限"災(zāi) 害前后的聲發(fā)射特征參數(shù)指標(biāo)變化的規(guī)律曲線可以看出，聲發(fā)射指標(biāo)在災(zāi)害發(fā)生前出現(xiàn)大 幅震蕩，且特征參數(shù)指標(biāo)水平明顯高于正常區(qū)域的指標(biāo)水平，振鈴計(jì)數(shù)平均在100個(gè)以上， 最大值達(dá)到494個(gè)，并伴隨著大量的能量釋放。2個(gè)特征參數(shù)指標(biāo)變化總體上呈增加趨勢(shì)。 且在災(zāi)害發(fā)生時(shí)各特征參數(shù)指標(biāo)均明顯降低。進(jìn)一步可以看出，特征參數(shù)指標(biāo)在7月3號(hào) 12 :02 :16. 12時(shí)出現(xiàn)明顯的大幅增加及連續(xù)高水平波動(dòng)，而此時(shí)工作面處于檢修階段，且 傳感器埋設(shè)在煤體深部，不易受明顯的人為干擾及作業(yè)干擾等信號(hào)干擾。而且指標(biāo)變化時(shí) 間連續(xù)密集，說明了工作面自身的活動(dòng)性大大增加。
[0040] 結(jié)合聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)和能量?jī)蓚€(gè)特征參數(shù)指標(biāo)的特點(diǎn)：振鈴計(jì)數(shù)的變化可以反 映工作面頂板及煤體的活動(dòng)性，能量指標(biāo)的變化反應(yīng)頂板活動(dòng)過程中導(dǎo)致煤巖體的能量釋 放。
[0041] 因此，通過聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)和能量指標(biāo)的變化很好地說明了工作面頂板和煤體的 活動(dòng)性大大增加，并伴隨著煤巖體活動(dòng)過程中的能量釋放。且在災(zāi)害發(fā)生前，有1次比較大 的能量釋放，相應(yīng)的頂板的活動(dòng)性也減弱，表明了工作面進(jìn)入了臨界穩(wěn)定狀態(tài)，隨著工作面 的推進(jìn)，工作面煤壁的煤被割掉，破壞了工作面的安全屏障，導(dǎo)致了后方的煤體被擠壓出， 并伴隨著大量的瓦斯涌出，造成了本次災(zāi)害的發(fā)生。
[0042] 綜合以上可以看出，聲發(fā)射指標(biāo)能夠很好地超前反映工作面前方存在的異常情 況，敏感性明顯優(yōu)于工作面執(zhí)行的常規(guī)校檢指標(biāo)，且提前捕捉了工作面災(zāi)害的發(fā)生前兆信 息，并提前近一個(gè)班的時(shí)間給出了警示。
[0043] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下 做出各種變化。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的 限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng) 或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù) 實(shí)質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn) 等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)分析主機(jī)、 地面交換機(jī)、井下交換機(jī)、AE主機(jī)、信號(hào)線和兩個(gè)聲發(fā)射傳感器； 所述兩個(gè)聲發(fā)射傳感器設(shè)置于機(jī)巷中距離工作面前方50m以外位置處，兩個(gè)聲發(fā)射傳 感器之間相距l(xiāng)〇m布置，所述聲發(fā)射傳感器的輸出端經(jīng)過信號(hào)線和AE主機(jī)相連； 所述AE主機(jī)的輸出端在依次經(jīng)過井下交換機(jī)和地面交換機(jī)后與數(shù)據(jù)分析主機(jī)相連 接； 聲發(fā)射傳感器采集聲發(fā)射信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的振鈴計(jì)數(shù)，振鈴計(jì)數(shù)信號(hào)經(jīng)過AE主機(jī)上 傳至數(shù)據(jù)分析主機(jī)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)，其特征在于：所述 聲發(fā)射傳感器的設(shè)置采用孔底安裝方式，具體為：采用水泥注漿和叉式固定的安裝方式，孔 徑可根據(jù)礦山鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)整，孔深大于20m。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)，其特征在于：所述 聲發(fā)射傳感器的設(shè)置采用波導(dǎo)器安裝方式：聲發(fā)射傳感器通過特制接頭安裝在巷道頂板上 的礦用標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)錨桿上。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)，其特征在于：隨著 工作面的回采，每間隔一定距離作為一個(gè)循環(huán)，將聲發(fā)射傳感器依次后退安裝。
5. -種對(duì)應(yīng)權(quán)利要求1所述基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的礦井災(zāi)害防治系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其 特征在于，具體步驟為： 步驟一、現(xiàn)場(chǎng)打鉆并安裝該檢測(cè)體統(tǒng)。監(jiān)測(cè)聲發(fā)射傳感器所采集到的聲發(fā)射信號(hào)，統(tǒng)計(jì) 其所產(chǎn)生的振鈴計(jì)數(shù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔瓦斯涌出的初速度和鉆肩量這兩個(gè)特征參數(shù)指標(biāo)； 步驟二、根據(jù)步驟一所得的數(shù)據(jù)，制作聲發(fā)射信號(hào)的振鈴計(jì)數(shù)、特征參數(shù)指標(biāo)變化規(guī)律 及其與異常現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的變化曲線圖； 步驟三、根據(jù)步驟二得到的曲線圖觀測(cè)振鈴計(jì)數(shù)的變化情況和特征參數(shù)指標(biāo)的變化情 況，其中，振鈴計(jì)數(shù)的變化情況反映工作面頂板及煤體的活動(dòng)性，特征參數(shù)指標(biāo)的變化情況 反應(yīng)頂板活動(dòng)過程中導(dǎo)致煤巖體的能量釋放； 步驟四、根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)變化的前兆特征性，對(duì)工作面可能發(fā)生的異常情況進(jìn)行提前 預(yù)測(cè)預(yù)警，并實(shí)時(shí)反映工作面所采取針對(duì)性措施的執(zhí)行情況。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK104500139SQ201410668552
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】高明忠, 呂有廠, 張茹, 代志旭, 段守德, 王滿, 郭明功, 陳建忠 申請(qǐng)人:四川大學(xué)