本發(fā)明屬于煤礦安全生產(chǎn)及采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

水源、水量和導(dǎo)水通道是煤礦突水的三大基本要素水源，作為對(duì)水源和水量起決定作用的含水層，其補(bǔ)給和排泄條件具有區(qū)域性和面狀分布的特點(diǎn)，也是研究較為成熟的領(lǐng)域。在煤層開采前，對(duì)潛在導(dǎo)水通道的探測(cè)研究的比較少，尤其是對(duì)導(dǎo)水通道的“靜態(tài)”原位研究更少涉足；在煤層開采期間，對(duì)導(dǎo)水通道的“動(dòng)態(tài)”破裂失穩(wěn)過(guò)程和活化規(guī)律的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和研究則更少。巖體“靜態(tài)”存在特征和“動(dòng)態(tài)”破壞過(guò)程研究的不足，貫穿了煤礦防治水工程的全過(guò)程，是突水事故頻發(fā)不斷的主要原因。

現(xiàn)階段，關(guān)于導(dǎo)水通道的研究主要集中在對(duì)導(dǎo)水通道的探測(cè)，水通道得探測(cè)方法主要有以下幾種方法：電法探測(cè)、紅外探測(cè)、瞬變電磁探測(cè)和電波透視探測(cè)。顯然上述方法既不能對(duì)潛在導(dǎo)水通進(jìn)行探測(cè)研究，也不能導(dǎo)水通道的“動(dòng)態(tài)”破裂失穩(wěn)過(guò)程和活化規(guī)律的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。近年來(lái)，作為一種巖體微破裂三維空間監(jiān)測(cè)技術(shù)的微震監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在煤礦安全生產(chǎn)方面開展了大量應(yīng)用。前人的研究表明，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種監(jiān)測(cè)巖體“動(dòng)態(tài)”破裂失穩(wěn)過(guò)程和構(gòu)造活化規(guī)律的有效方法，微震監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)突水預(yù)警預(yù)報(bào)的強(qiáng)有力的地球物理監(jiān)測(cè)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，提供一種經(jīng)濟(jì)、有效的基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測(cè)煤礦建立微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

S2：根據(jù)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖；

S3：統(tǒng)計(jì)和分析工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的涌水量之間的關(guān)系，得到底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間；

S4：根據(jù)底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間內(nèi)的能量密度演化圖，確定微震事件的能量密度閾值，作出底板微震事件的能量密度云圖；

S5：觀察微震事件底板微震事件的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域，確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置；

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進(jìn)而觀察能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。

優(yōu)選地，所述步驟S1中的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)于軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)的微震檢波器，微震檢波器安裝在非開采幫，設(shè)于硬巖內(nèi)，緊貼巖壁，在沿煤礦走向方向和深度方向呈交錯(cuò)布置，環(huán)繞待監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域；微震檢波器與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過(guò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理終端相連。

優(yōu)選地，所述涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)已知截面積的標(biāo)準(zhǔn)斷面和流速儀；工作面所有底板用水量都流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)斷面，并且保證水流完全覆蓋整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)斷面；流速儀與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過(guò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理終端相連。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能監(jiān)測(cè)到的波形信號(hào)包括爆破信號(hào)、敲擊實(shí)驗(yàn)信號(hào)、干擾信號(hào)和微震信號(hào)，這四種波形型號(hào)存在典型區(qū)別，微震信號(hào)可以看到明顯的P波起震，然后衰減，緊接著S波起震，然后衰減的完整過(guò)程，微震事件持續(xù)的事件一般不超過(guò)300ms，微震主頻率一般不超過(guò)200，并且至少被四個(gè)傳感器接收到信號(hào)，以此作為微震事件判定的依據(jù)。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，所述微震事件定位，首先確定每個(gè)傳感器的微震事件波形的P波起震位置和S波起震位置，然后對(duì)微震事件進(jìn)行定位，從而確定微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間；所述震源參數(shù)的確定，在微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間確定的條件下，通過(guò)分析波形，采用地震學(xué)的基本模型，從而確定微震事件的能量和矩震級(jí)。

優(yōu)選地，對(duì)微震事件進(jìn)行定位采用相對(duì)定位法、單純形法及其混合定位法、震源位置和臺(tái)站聯(lián)合校正法、Geiger及各種改進(jìn)法、最小二乘法、臺(tái)偶時(shí)差法、EHB法以及雙重殘差法中的一種或幾種方法的組合。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，依據(jù)微震事件數(shù)的短時(shí)間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的一種煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)獲得微震事件定位信息和震源參數(shù)，涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)每天的涌水量，并通過(guò)微震事件數(shù)的短時(shí)間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間，然后作出能量密度云圖，通過(guò)觀測(cè)能量密度云圖最終得到底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置，最后根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進(jìn)而確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。該方法對(duì)于拓寬微震監(jiān)測(cè)的應(yīng)用范圍，減少煤礦資金投入，保障礦山安全生產(chǎn)具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中工作面底板微震事件數(shù)與涌水量之間的關(guān)系示意圖；

圖3是圖2中A點(diǎn)2015年6月11號(hào)對(duì)應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖4是圖2中B點(diǎn)2015年7月10號(hào)對(duì)應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖5是圖2中C點(diǎn)2015年7月23號(hào)對(duì)應(yīng)底板微震事件的能量密度演化圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例一中工作面底板+240m處微震事件的能量密度云圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例一中工作面底板+230m處微震事件的能量密度云圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例一中工作面底板+220m處微震事件的能量密度云圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例一中工作面底板+210m處微震事件的能量密度云圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測(cè)煤礦建立微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

其中微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)于軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)的微震檢波器，微震檢波器布設(shè)的基本原則包括：(1)微震檢波器安裝在軌道巷和回風(fēng)巷內(nèi)，在沿煤礦走向方向和深度方向呈交錯(cuò)布置；(2)布置在非開采幫；(3)在軌道巷或回風(fēng)巷內(nèi)微震檢波器間距在100m，局部位置檢波器間距加密至60m。(4)微震檢波器布置于硬巖內(nèi)，緊貼巖壁；(5)微震檢波器在水平上和垂直方向上交錯(cuò)，環(huán)繞待監(jiān)測(cè)的目標(biāo)區(qū)域布置。

根據(jù)上述微震檢波器布設(shè)基本原則、監(jiān)測(cè)目的和待監(jiān)測(cè)煤礦工作面實(shí)際地質(zhì)情況，確定好微震檢波器布置方位，微震檢波器布置情況主要有兩種：第一種，在井下巷道空間具備條件時(shí)，采用沿巷道兩側(cè)各布置15個(gè)微震檢波器，微震檢波器間距控制在50m-100m之間；第二種，在井下巷道空間不具備條件時(shí)，采用15個(gè)檢波器布置在一個(gè)巷道內(nèi)，安裝微震檢波器的鉆孔應(yīng)分布同一巷道的兩側(cè)，以避免微震檢波器在同一條直線上，安裝微震檢波器的鉆孔應(yīng)朝不同的方向，以避免微震檢波器在同一平面上。

安裝好微震檢波器后，將微震檢波器通過(guò)礦用電纜(礦用3芯帶屏蔽通信電纜，截面0.75mm²-1.00mm²)連接至井下工作站。通過(guò)敲擊試驗(yàn)確定微震檢波器與井下工作站的對(duì)應(yīng)關(guān)系。井下工作站一般采用串聯(lián)方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，微震監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)微震檢波器獲得，然后通過(guò)電纜傳送至井下工作站，井下工作站通過(guò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖傳送至地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理終端。

涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)已知截面積的標(biāo)準(zhǔn)斷面和流速儀；工作面所有底板用水量都流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)斷面，并且保證水流完全覆蓋整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)斷面；流速儀與井下工作站相連，串聯(lián)的井下工作站通過(guò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及光纖與地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理終端相連。

S2：微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均通過(guò)光纖將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到設(shè)置在地面上的地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理終端，根據(jù)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖。

濾波主要是指將一些有規(guī)律性的干擾波形信號(hào)過(guò)濾掉，提高微震事件判定的效率和準(zhǔn)確度。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能監(jiān)測(cè)到的波形信號(hào)包括爆破信號(hào)、敲擊實(shí)驗(yàn)信號(hào)、干擾信號(hào)和微震信號(hào)，這四種波形型號(hào)存在典型區(qū)別，微震信號(hào)可以看到明顯的P波起震，然后衰減，緊接著S波起震，然后衰減的完整過(guò)程，微震事件持續(xù)的事件一般不超過(guò)300ms，微震主頻率一般不超過(guò)200，并且至少被四個(gè)傳感器接收到信號(hào)，以此作為微震事件判定的依據(jù)。

所述微震事件定位，首先確定每個(gè)傳感器的微震事件波形的P波起震位置和S波起震位置，然后采用相對(duì)定位法、單純形法及其混合定位法、震源位置和臺(tái)站聯(lián)合校正法、Geiger及各種改進(jìn)法、最小二乘法、臺(tái)偶時(shí)差法、EHB法以及雙重殘差法中的一種或幾種方法的組合對(duì)微震事件進(jìn)行定位，從而確定微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間；所述震源參數(shù)的確定，在微震事件發(fā)生的平面坐標(biāo)、深度以及發(fā)生時(shí)間確定的條件下，通過(guò)分析波形，采用地震學(xué)的基本模型，從而確定微震事件的能量和矩震級(jí)。

S3：通過(guò)流速計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)斷面計(jì)算得出工作面涌水量，統(tǒng)計(jì)和分析工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的涌水量之間的關(guān)系，依據(jù)微震事件數(shù)的短時(shí)間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，得到底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間。

S4：根據(jù)底板導(dǎo)水通道形成的過(guò)程和時(shí)間內(nèi)的能量密度演化圖，確定微震事件的能量密度閾值，作出底板微震事件的能量密度云圖；

S5：觀察微震事件底板微震事件的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域，確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置；

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定區(qū)域底板標(biāo)高，進(jìn)而觀察能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度。

通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)上述導(dǎo)水通道識(shí)別方法作進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施例一

本實(shí)施例的基于微震監(jiān)測(cè)的煤礦底板導(dǎo)水通道識(shí)別方法，包括以下步驟：

S1：在被監(jiān)測(cè)煤礦建立微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。微震檢波器沿巷道兩側(cè)各布置15個(gè)，微震檢波器間距為60m。

S2：在采煤工作開始進(jìn)行后，24小時(shí)不間斷采集工作面的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采集過(guò)程中，應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)度以及工作面地質(zhì)情況做好詳細(xì)記錄。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均通過(guò)光纖將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到設(shè)置在地面上的地表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理終端，根據(jù)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)依次進(jìn)行濾波、微震事件判定、微震事件定位以及震源參數(shù)的確定，根據(jù)微震事件定位信息和震源參數(shù)得到能量密度演化圖。

S3：工作面底板微震事件數(shù)與涌水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的涌水量之間的關(guān)系如圖2所示，依據(jù)微震事件的短時(shí)間內(nèi)迅速增大，并伴隨著工作面涌水量的迅速增大為依據(jù)，判斷底板導(dǎo)水通道開始形成的時(shí)間為2015年6月11日，至2015年7月10日底板導(dǎo)水通道基本形成。

S4：如圖3至圖5，根據(jù)2015年6月11日、2015年7月10日以及2015年7月23號(hào)的能量密度演化圖，確定適當(dāng)?shù)奈⒄鹗录哪芰棵芏乳撝滴粸?.05，根據(jù)微震事件的能量密度閾值作出底板微震事件的能量密度云圖。

S5：觀測(cè)如圖6至圖9的能量密度云圖，在平面上確定微震事件的能量能量密度高于能量密度閾值0.05的區(qū)域，從而確定底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置為工作面點(diǎn)前距499m至628m位置，靠近軌道巷一側(cè)。

S6：根據(jù)底板導(dǎo)水通道的在平面上的位置和地質(zhì)條件，確定該區(qū)域底板標(biāo)高為+240m，進(jìn)而觀察如圖6至圖9的能量密度云圖中微震事件的能量密度高于能量密度閾值的區(qū)域在底板以下的延伸深度，確定底板導(dǎo)水通道的延伸深度為30m。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。