[发明专利]一种深部高应力坚硬顶板采场动力灾害监测预警方法

说明书

本发明提供一种深部高应力坚硬顶板采场动力灾害监测预警方法，属于矿山动力灾害防治技术领域。该方法首先调研获取地质资料，初步确定动力灾害影响因素；然后制定地应力现场测试方案，在采场附近进行地应力现场试验，在实验室对地应力测点的岩芯进行围压滤定试验，总结地应力分布规律；同时，采用SURPAC地质建模软件，建立煤层、地表的三维立体模型，得到采场静态地应力场分布特征，研究致灾机理，开展蓄能岩层结构特征研究；最后确定监测方案及设备，现场安装监测设备，现场监测预警。该方法采用追踪岩体破裂轨迹和应力场迁移特征的监测方案，应用分级预警指标体系。可以准确预测工作面动力灾变的能级、时间和位置，保障工作面的安全生产。

技术领域

本发明涉及矿山动力灾害防治技术领域，特别是指一种深部高应力坚硬顶板采场动力灾害监测预警方法。

背景技术

目前，国内外用于煤矿动力灾害监测预警的主要仪器和装备有以下几类：震动监测类、电磁监测类、应力监测类、位移监测类、电荷监测类、红外监测类和钻屑监测类，这些仪器和装备都基于相应的物理原理和监测方法，对煤矿动力灾害监测预警起到了积极的作用。但是，煤矿动力灾害机理复杂，同一煤矿、同一煤层、同一工作面、不同的推进阶段，其动力灾害的机理、前兆信息、震动参数都不一样，还不能实现可靠的监测预警。现在的发展趋势是首先分析不同的环境条件下动力灾害致灾机理，再根据其机理制定有针对性的监测防治措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种深部高应力坚硬顶板采场动力灾害监测预警方法，该方法针对高位不等厚坚硬砂岩组在山地应力及采动应力影响条件下的采场致灾机理进行深入分析，并针对其动力灾害致灾机理制定了对应监测预警及防治措施。

该方法包括步骤如下：

(1)现场调研获取项目基本地质资料，初步确定动力灾害影响因素；

(2)制定地应力现场测试方案，准备地应力测试所需的仪器和装备；

(3)进行采场地应力现场试验，采用应力解除法获取地应力数据，同时取得采场试验地点的岩芯；

(4)对步骤(3)取得的岩芯进行实验室围压滤定试验，并总结地应力分布规律；

(5)采用SURPAC地质建模软件，建立煤层、地表的三维立体模型，研究得到采场静态地应力场分布特征；

(6)研究蓄能岩层结构特征及诱发动力灾害机理；初步确定不同采区诱发动力灾害的蓄能岩层厚度及高度，为进一步研究其断裂特征及诱发动力灾害的规律提供基础；

(7)建立山地应力条件下蓄能岩层组断裂的力学模型，研究确定深部高应力坚硬顶板采场致灾机理；指出不等厚坚硬砂岩组受地表山体形成的“山地应力”剪切作用而产生非周期性断裂，是矿井东翼采区频发动力现象的根本原因，发生动力现象的机理是低位砂岩组周期性断裂与高位不等厚坚硬砂岩组受山地应力影响下的非周期性断裂耦合作用。

(8)研究确定监测方案及设备，完成监测设备购买工作；

(9)现场安装监测设备，完成调试运行，实现监测系统的正常运行和数据传输，并根据监测数据编制每日的微震报表，探索采场动力现象应力、能量变化规律；具体为：通过分析前一个月的监测数据，初步探索出采场动力现象应力、能量变化规律，通过更多的监测数据支撑进一步研究关于监测数据变化规律与岩层破裂的时空动态过程之间的关系。

(10)在现场进行监测预警的研究；

(11)完成阶段性总结，对前期工作进行验收和经验总结，根据工作面生产的动力现象显现情况记录，验证采场动力现象机理分析正确性与预警准确性，作为制定后期工作内容延续和纠偏的参考。

其中，步骤(1)中动力灾害影响因素包括山地应力、高位厚硬关键层、采动应力、高地应力、底煤、煤与瓦斯突出、断层、褶曲、陷落柱。