專利名稱：一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，主要適用與具有堅(jiān)硬或較厚頂板的煤礦綜采工作面、綜放工作面，進(jìn)行頂板破壞高度的監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
煤層開采后引起采場(chǎng)圍巖的變形破壞而產(chǎn)生裂隙，而采動(dòng)裂隙則是煤礦一系列災(zāi)害的根源。而采場(chǎng)上覆巖層的破壞高度不僅影響著圍巖穩(wěn)定性，還對(duì)后期開采安全有著很大影響。確定煤礦開采導(dǎo)致的上覆巖層破壞高度，不僅能夠確保水體下采煤的生產(chǎn)安全，而且對(duì)于掌握工作面瓦斯隨著覆巖移動(dòng)、破壞的分布規(guī)律有著重要作用，另外對(duì)于提高煤柱回采、減少煤炭損失也具有重要意義。近年來(lái)，隨著開采深度的增加，開采強(qiáng)度的加大，采場(chǎng)上覆巖層的破壞高度也呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，對(duì)于開采過(guò)程中覆巖破壞高度的監(jiān)測(cè)也顯得尤為迫切。目前對(duì)于覆巖破壞高度的主要監(jiān)測(cè)方法也多種多樣，常用的主要有以下兩種鉆孔沖洗液漏失量觀測(cè)和彩色鉆孔電視觀測(cè)。鉆孔沖洗液漏失量觀測(cè)是從地面或者井下向采場(chǎng)上方鉆探施工，在施工過(guò)程中，從鉆桿內(nèi)向鉆孔壓入沖洗液，在冷卻鉆頭的同時(shí)將巖屑排出孔外。在沒(méi)有巖層破壞的情況下，由鉆孔返上的泥漿與泥漿泵泵入鉆孔的沖洗液量應(yīng)該是相等的。但是，在頂板斷裂出現(xiàn)裂隙的情況下，部分沖洗液順著裂隙流失，孔內(nèi)上返的泥漿則小于泵入的沖洗液量。 基于此種關(guān)系，沖擊液量開始減少的區(qū)域即為巖層破壞高度。該方法主要適用于沒(méi)有鉆孔涌水的巖層，而且鉆工施工量較大，而監(jiān)測(cè)的范圍只是所施工鉆孔附近，對(duì)整個(gè)采場(chǎng)的覆巖破壞高度缺乏代表性。鉆孔電視觀測(cè)方法主要是從地面向工作面上方巖層進(jìn)行地質(zhì)鉆孔， 并通過(guò)鉆孔成像設(shè)備以照片或視頻圖像的方式直接提供鉆孔壁的系統(tǒng)圖像。還有部分設(shè)備則應(yīng)用了數(shù)字技術(shù)并使之具有形成、顯示和處理這些圖像的能力，得到的圖像不但可以被用于定性識(shí)別鉆孔內(nèi)的情況，還可以定量地分析鉆孔中的地質(zhì)現(xiàn)象，比如裂隙的寬度、傾角和產(chǎn)狀等，通過(guò)孔壁上的裂隙發(fā)育情況，判斷巖層是是否斷裂從而得到采場(chǎng)覆巖的破壞高度。該方法雖然較前者直觀，但是鉆孔施工量也較大，尤其是對(duì)于深部礦，而且監(jiān)測(cè)范圍也有限，另外對(duì)于確定采動(dòng)裂隙時(shí)，還受原生裂隙及構(gòu)造的影響。這兩種方法觀測(cè)施工期較長(zhǎng)，觀測(cè)的結(jié)果對(duì)于回采過(guò)程也存在一定的滯后性。近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)在煤礦開采過(guò)程中，覆巖破壞前總有一些前兆，微震現(xiàn)象就是煤巖破壞時(shí)發(fā)出的重要信息。而通過(guò)監(jiān)測(cè)微震事件，并確定震源位置，可以達(dá)監(jiān)測(cè)頂板斷裂的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，使用該方法其安裝及操作都極其方便、快捷，另外該方法可以實(shí)時(shí)反映采場(chǎng)頂板斷裂情況，時(shí)效性強(qiáng)，該方法避免施工，監(jiān)測(cè)設(shè)備只裝在回采巷道，對(duì)工作面正常生產(chǎn)影響很小。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
—種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，其步驟如下選取一個(gè)正常開采的工作面作為監(jiān)測(cè)區(qū)域；根據(jù)工作面的長(zhǎng)度及該監(jiān)測(cè)區(qū)域的大小來(lái)布置若干微震探頭，選取微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)線纜與各微震探頭連接，所述微震探頭圍繞所述監(jiān)測(cè)區(qū)域布置在膠帶順槽、軌道順槽及上下山巷道內(nèi)；測(cè)量所述微震探頭所在位置的三維坐標(biāo)xyz，X代表探頭的緯度，y代表探頭的經(jīng)度，ζ代表探頭的海拔高度，將測(cè)得的三維坐標(biāo)xyz輸入到微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的采掘工程平面圖，將微震探頭的位置在該采掘工程平面圖上標(biāo)出；微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)微震探頭的位置計(jì)算出微震事件的三維坐標(biāo)和能量，然后在所述采掘工程平面圖上顯示出來(lái)，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示微震事件位置；通過(guò)人工爆破的方式驗(yàn)證微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位的精度，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化微震探頭的布置方式，如果誤差過(guò)大，可以調(diào)節(jié)探頭之間的距離，直至誤差降到合理范圍；利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析監(jiān)測(cè)到的微震事件的坐標(biāo)及能量的大小，通過(guò)對(duì)大于某個(gè)能量級(jí)別的微震事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定它們的發(fā)生區(qū)域，可確定上覆巖層的破壞高度。根據(jù)探頭的監(jiān)測(cè)范圍，相鄰微震探頭的間隔為400米至800米。在布置微震探頭的位置安裝型號(hào)為Φ 18，長(zhǎng)為3. 5m的錨桿，錨桿尾部留出3 5cm的螺紋段，將微震探頭順時(shí)針擰在錨桿尾部的螺紋段上。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能夠?qū)Σ蓤?chǎng)上覆巖層破壞高度進(jìn)行有效的、區(qū)域性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且具有較高的監(jiān)測(cè)精度。與現(xiàn)行的其他方法相比，該發(fā)明不需要進(jìn)行鉆孔施工，大大減少了工程量，更加有效快捷，而且該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了滯后性帶來(lái)的不利影響，另外該發(fā)明還具備監(jiān)測(cè)精度高和危險(xiǎn)預(yù)警的功能。
具體實(shí)施例方式一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，其步驟如下選取一個(gè)正常開采的工作面作為監(jiān)測(cè)區(qū)域；這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面后方采空區(qū)上方覆巖的破壞高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)了。根據(jù)工作面的長(zhǎng)度及該監(jiān)測(cè)區(qū)域的大小來(lái)布置若干微震探頭，選取微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)線纜與各微震探頭連接，所述微震探頭圍繞所述監(jiān)測(cè)區(qū)域布置在膠帶順槽、軌道順槽及上下山巷道內(nèi)。測(cè)量所述微震探頭所在位置的三維坐標(biāo)xyz，χ代表探頭的緯度，y代表探頭的經(jīng)度，ζ代表探頭的海拔高度，將測(cè)得的三維坐標(biāo)xyz輸入到微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的采掘工程平面圖，將微震探頭的位置在該采掘工程平面圖上標(biāo)出；三維坐標(biāo) xyz可以有地測(cè)人員測(cè)量，也可以在有坐標(biāo)的礦圖上，根據(jù)距離已知點(diǎn)的距離進(jìn)行計(jì)算。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)微震探頭的位置計(jì)算出微震事件的三維坐標(biāo)和能量，然后在所述采掘工程平面圖上顯示出來(lái)，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示微震事件位置。通過(guò)人工爆破的方式驗(yàn)證微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位的精度，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化微震探頭的布置方式，如果誤差過(guò)大，可以調(diào)節(jié)探頭之間的距離，直至誤差降到合理范圍。間距越誤差越小，但間距不能超過(guò)微震探頭的有效測(cè)量范圍，一般每個(gè)探頭有效測(cè)量范圍在 500 1000m。爆破所采用的爆破參數(shù)是鉆孔深度32m，封孔長(zhǎng)度7 10m，孔徑75mm，裝藥量大于30kg。2#煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格Φ 50 X 250mm，雷管采用煤礦許用8#普通瞬發(fā)電雷管。導(dǎo)爆索采用煤礦許用導(dǎo)爆索，規(guī)格為Φ 5. 2 5. 5mm;利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析監(jiān)測(cè)到的微震事件的坐標(biāo)及能量的大小，通過(guò)對(duì)大于某個(gè)能量級(jí)別的微震事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定它們的發(fā)生區(qū)域，可確定上覆巖層的破壞高度。根據(jù)探頭的監(jiān)測(cè)范圍，相鄰微震探頭的間隔為400米至800米。在布置微震探頭的位置安裝型號(hào)為Φ 18，長(zhǎng)為3. 5m的錨桿，錨桿尾部留出3 5cm的螺紋段，將微震探頭順時(shí)針擰在錨桿尾部的螺紋段上，然后用信號(hào)電纜將所有微震探頭連接在微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的ARAMIS_WIN軟件根據(jù)微震探頭的位置計(jì)算出微震事件的三維坐標(biāo)和能量，其中用到一個(gè)波速參數(shù)，該波速為4000m/s，其他參數(shù)該軟件均已定好。然后所得的微震事件的三維坐標(biāo)和能量在所述采掘工程平面圖上顯示出來(lái)，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示微震事件位置；該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為波蘭儀器。不同廠家生產(chǎn)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該軟件的名稱不一樣。以上為本發(fā)明的較佳實(shí)施例以及設(shè)計(jì)圖式，上述較佳實(shí)施例以及設(shè)計(jì)圖式僅是舉例說(shuō)明，并非用于限制本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡以均等的技術(shù)手段、或?yàn)楸旧暾?qǐng)專利范圍所涵蓋的權(quán)利范圍而實(shí)施者，均不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于步驟如下 選取一個(gè)正常開采的工作面作為監(jiān)測(cè)區(qū)域；根據(jù)工作面的長(zhǎng)度及該監(jiān)測(cè)區(qū)域的大小來(lái)布置若干微震探頭，選取微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)線纜與各微震探頭連接，所述微震探頭圍繞所述監(jiān)測(cè)區(qū)域布置在膠帶順槽、軌道順槽及上下山巷道內(nèi)；測(cè)量所述微震探頭所在位置的三維坐標(biāo)xyz，χ代表探頭的緯度，y代表探頭的經(jīng)度， Z代表探頭的海拔高度，將測(cè)得的三維坐標(biāo)xyz輸入到微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)該微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的采掘工程平面圖，將微震探頭的位置在該采掘工程平面圖上標(biāo)出；微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)微震探頭的位置計(jì)算出微震事件的三維坐標(biāo)和能量，然后在所述采掘工程平面圖上顯示出來(lái)，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示微震事件位置；通過(guò)人工爆破的方式驗(yàn)證微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位的精度，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化微震探頭的布置方式，如果誤差過(guò)大，可以調(diào)節(jié)探頭之間的距離，直至誤差降到合理范圍；利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析監(jiān)測(cè)到的微震事件的坐標(biāo)及能量的大小，通過(guò)對(duì)大于某個(gè)能量級(jí)別的微震事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定它們的發(fā)生區(qū)域，可確定上覆巖層的破壞高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于根據(jù)探頭的監(jiān)測(cè)范圍，相鄰微震探頭的間隔為400米至800米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于在布置微震探頭的位置安裝型號(hào)為Φ 18，長(zhǎng)為3. 5m的錨桿，錨桿尾部留出3 5cm的螺紋段，將微震探頭順時(shí)針擰在錨桿尾部的螺紋段上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采場(chǎng)上覆巖層破壞高度的監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)采用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)到的微震事件進(jìn)行分析來(lái)確定上覆巖層的破壞高度，首先確定監(jiān)測(cè)區(qū)域，然后在監(jiān)測(cè)區(qū)域布置微震探頭，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的微震事件進(jìn)行分析處理，得到震源的位置和能量大小，然后根據(jù)一定能量的微震事件的分布規(guī)律，判斷出采場(chǎng)的破裂位置。本發(fā)明能夠?qū)Σ蓤?chǎng)上覆巖層破壞高度進(jìn)行有效的、區(qū)域性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且具有較高的監(jiān)測(cè)精度。與現(xiàn)行的其他方法相比，該發(fā)明不需要進(jìn)行鉆孔施工，大大減少了工程量，更加有效快捷，而且該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了滯后性帶來(lái)的不利影響，另外該發(fā)明還具備監(jiān)測(cè)精度高和危險(xiǎn)預(yù)警的功能。
文檔編號(hào)G01V1/20GK102455176SQ20101051302
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者崔樹江, 張文平, 李安宏, 李良兵, 毛德兵, 王強(qiáng), 秦子晗, 藍(lán)航, 霍靈軍 申請(qǐng)人:天地科技股份有限公司, 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司