一种掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置，其中，方法包括：在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头；对地音探头进行降噪处理；通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次；利用MK趋势检验算法对当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据时序特征确定掘进面的冲击危险性。能够对巷道掘进工作面地音监测数据的时序特征进行充分的分析，并能及时捕捉到冲击地压的前兆信息。该方法将有效提高地音监测系统在掘进工作面冲击地压的危险性评价和短期实时预警。

An early warning method and device of rock burst and ground sound in driving roadway

【技术实现步骤摘要】
一种掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置
本专利技术属于地音监测
，特别是涉及一种掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置。
技术介绍
我国煤炭开采以井工开采为主，随着社会对煤炭资源需求日益增长和浅部煤炭资源逐渐枯竭的矛盾加剧，多地煤矿将全面进入深部开采阶段。在深部开采“三高一扰动”的环境下，冲击地压灾害将成为矿井安全生产所面临的重要难题之一。冲击地压监测预警是冲击地压研究体系中的关键一环，提高冲击地压监测预警水平，不仅可以使防治措施更有针对性，而且可以反过来促进冲击地压机理的发展。冲击地压监测预警亦是各研究环节中最薄弱的一部分，当前我国冲击地压监测预警效果还不够理想，选取和运用冲击地压监测手段时缺乏使用规则和理论指导，盲目实施不同监测系统的综合监测，难以指导现场解危与避灾决策。冲击危险性评价的传统方法包括综合指数法、冲击地压可能性指数诊断法、动态权重法等，这些方法大多从宏观层面上对冲击危险性进行静态评价；基于实时监测数据的冲击危险性评价方法，包括地音法、微震法、震动CT探测法、煤体应力法和电磁辐射法，其中微震法仅对煤岩体最终的破断进行监测，不能对大事件的发生实现超前预警，同时微震监测技术受台网布置影响较大，在掘进工作面容易出现监测盲区，导致监测与评价误差较大。震动CT探测的现场实施需要一巷激发一巷接受，适合回采工作面等大范围区域的探测，无法对掘进工作面进行探测。煤体应力法属于点监测，范围较小，且煤岩应力状态不是决定冲击地压发生的充分条件。电磁辐射主要根据围岩电磁辐射强度来监测和预测冲击地压，但井下各种信号往往对监测数据产生很大干扰，容易造成结果的不确定性。与上述方法相比，地音法监测范围较大，其地音探头布置不受台网布置方式限制，并能正确的捕捉冲击地压发生的前兆信息，不易受干扰。冲击地压发生过程十分复杂，冲击孕育时煤岩体力学性质以及煤岩裂隙的产生、发展的动态信息等伴生信号会异常改变，伴生信号异常变化称为冲击地压发生前的前兆信息。这些信息蕴含在灾害发生前相当长一段时期内，且很多外部因素(如开采或掘进速度，以及复杂的地质构造等)可能影响这些前兆信息的显现规律，从而使其呈现出非线性、复杂性等特征。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种掘进巷道冲击地压地音预警方法，所述方法包括：在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头；对地音探头进行降噪处理；通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次；利用MK趋势检验算法对所述当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据所述时序特征确定掘进面的冲击危险性。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种掘进巷道冲击地压地音预警装置，所述装置包括：设置模块，用于在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头；降噪模块，用于对地音探头进行降噪处理；获取模块，用于通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次；分析模块，用于利用MK趋势检验算法对所述当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据所述时序特征确定掘进面的冲击危险性。本专利技术实施例提供的掘进巷道冲击地压地音预警方法及装置，具有如下有益效果：通过本专利技术的技术方案，能够对巷道掘进工作面地音监测数据的时序特征进行充分的分析，并能及时捕捉到冲击地压的前兆信息。该方法将有效提高地音监测系统在掘进工作面冲击地压的危险性评价和短期实时预警，对促进冲击地压预测预报与防治技术的发展将起到积极作用，技术、经济、安全效益显著。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同描述一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1为本专利技术实施例的一种掘进巷道冲击地压地音预警方法的流程图；图2为本专利技术实施例的地音探头在巷道中的布置示意图；图3为本专利技术实施例的MK分析曲线示意图；图4为本专利技术实施例的一种掘进巷道冲击地压地音预警装置的结构框图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，绝不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。实施例1如图1所示，本实施例提出了一种掘进巷道冲击地压地音预警方法，方法包括：步骤101，在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头。在该步骤中，安装地点与监测区域间不得存在地质破碎区，针对每个区域布置的地音探头数量为四个，其中，每个区域的巷道帮侧各布置两个地音探头。地音探头应安装在直径为Φ18mm的锚杆露头位置，锚杆露出煤岩体的长度一般为20mm。锚杆深入应力变化梯度带内的长度不小于1.5m，锚杆的锚固方式为全程锚固。同一侧两地音探头间距为50～100m，第一个地音探头距离掘进工作面迎头的距离为30～50m，随着掘进面的推进，同一侧的两个地音探头交替向前移动。如图2所示，随着掘进面不断向远离地音探头方向推进，当掘进面距离最近的那个地音探头的距离大于70m时就应该将同一侧后方的地音探头移到另一个地音探头的前方，同一侧的两个地音探头交替向前移动。步骤102，对地音探头进行降噪处理。在该步骤中，首先确保地音探头安装合格，具体检测过程为：用锤头在距离地音探头5m以外(不超过15m)和5m以内的区域进行敲击，如果地音探头接收到5m以外的敲击测试信号，说明地音探头安装合格。其中，锤头重3kg，敲击时的抡锤的高度固定为0.2～0.4m。在地音探头的安装位置掏一个直径120mm、深150mm左右的孔洞，待地音探头安装好之后，在其周围填充面纱等材料，达到保护地音探头和降低噪音影响的效果。步骤103，通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次。在该步骤中，判断当前掘进面是否属于生产期间，若是，则通过地音探头获取生产期间的地音能量和频次，否则，获取非生产期间的地音能量和频次。生产和非生产，煤矿都会分生产班和检修班，也就是生产期间和非生产期间。通过W参数对工作面生产期间和非生产期间进行划分(W参数为产量、推进度、采煤机开机时间)。Wa为一定工作时间单元内该参数的平均值，当W＞∈Wa时该时间段内为生产期间，通常∈取0.2～0.3。采用ARES-5/E地音监测系统，通过地音探头进行地音活动的实时监测，由于生产期间或非生产期间对应的地音是不同的，为了能够更好的进行区分，将生产期间和非生产期间地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进巷道冲击地压地音预警方法，其特征在于，所述方法包括：/n在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头；/n对地音探头进行降噪处理；/n通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次；/n利用MK趋势检验算法对所述当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据所述时序特征确定掘进面的冲击危险性。/n

【技术特征摘要】
1.一种掘进巷道冲击地压地音预警方法，其特征在于，所述方法包括：
在巷道掘进面潜在危险区域设置地音探头；
对地音探头进行降噪处理；
通过地音探头获取当前掘进面的地音能量或频次；
利用MK趋势检验算法对所述当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据所述时序特征确定掘进面的冲击危险性。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用MK趋势检验算法对所述当前掘进面的地音能量或频次进行分析，确定冲击地压地音前兆的时序特征，根据所述时序特征确定掘进面的冲击危险性，具体包括：
将所述地音探头获取到的当前掘进面的地音能量或频次作为样本序列x；
针对数量为n的样本序列x构造一秩序列式中ri的取值为
在x1,x2,...,xn相互独立，且具有相同连续分布时，sk的均值E(sk)和方差var(sk)计算公式为：
计算统计量序列UF：式中：UF1＝0；
根据统计量序列UF形成的曲线图，确定掘进面的冲击危险性。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据统计量序列UF形成的曲线图，确定掘进面的冲击危险性，具体包括：
确定临界上限u上限，临界下限u下限；
将UF曲线图、u上限和u下限绘制在同一个二维图像中；
当所述UF曲线图在区间[u下限,u上限]内，确定对应地音探头的前后预定距离内不存在危险；
当所述UF曲线图中UF值大于临界上限u上限时，确定对应地音探头的前后预定距离内属于冲击危险区域。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述地音探头为安装在同一掘进巷道同一帮部相邻的两个地音通道中的地音探头，分别为第一通道的地音探头和第二通道的地音探头；
则当所述UF曲线图中UF值大于临界上限u上限时，确定对应地音探头的前后预定距离内属于冲击危险区域，具体包括：
从所述第一通道的地音探头对应的UF曲线图上获取距离当前时间最近的一个班次时间的UF值作为第一通道UF值；
从所述第二通道的地音探头对应的UF曲线图上获取距离当前时间最近的一个班次时间的UF值作为第二通道UF值；
若所述第一通道UF值和第二通道UF值均大于临界上限u上限时，则确定所述第一通道的地音探头和第二通道的地音探头之间的区域属于冲击危险区域；
若所述第一通道UF值/第二通道UF值大于临界上限u上限时，则获取大于临界上限u上限对应的地音探头的下一个班次时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊锋，王元杰，路洋波，李岩，陈法兵，孙学波，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11