基于震动波CT技术的工作面防冲研究.pdf

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1、煤矿现代化2012年第2期总第107期基于震动波CT技术的工作面防冲研究王绍星(济宁市煤矿职工培训中心。山东济宁272000)摘要冲击矿压的发生与煤岩体内的应力状态密切相关，确定工作面附近的应力状态是防冲的基础。本文首先介绍了震动波CT技术原理和冲击矿压预测准则，然后对E3207工作面进行了波速反演和冲击危险区划分。通过后续较高能量震动的分布情况，证实了采用震动波CT反演确定应力集中和划定冲击危险区具有较高的可靠性。关键词冲击矿压；震动波CT反演；波速异常；应力集中中图分类号：TD326文献标志码：A文章编

2、号：1009—0797(2012)02—0062—041前言情况基础资料，对开展防冲工作十分有利。2震动波CT层析成像预测冲击危险原理冲击矿压是聚积在巷道或工作面周围煤岩体中的能量突然释放而造成的煤岩失稳冲击现象，其利用矿震震动波速CT成像就是通过CT成像发生与煤岩体内的应力状态密切相关]。煤矿冲击技术获得反演区域内波速的大小，从而反映出应力现象发生的基本条件是高应力，包括高静应力和高的分布情况。这一方法的理论基础就在于，岩石在动应力。纵观冲击矿压发生的各种理论如强度理应力作用下所引起的纵波波速的改变。论、

3、能量理论、冲击倾向性理论、弹性回跳理论等，2．1煤岩体的应力状态与震动波速的关系其核心都是煤岩层的应力状态。在矿山开采前，煤为了采用震动波分析确定岩层内的应力状态，岩体处于原始应力状态，影响应力大小的因素有开首先需要在实验室条件下研究煤岩块在加载情况采深度、煤岩体密度、地质构造等；矿山开采时，煤下波速与应力之间的关系，从而为通过反演波速进岩体的应力状态受开采活动的影响发生改变而重行应力分布特征的研究和冲击危险监测预警打下新分布，其主要影响因素有开采顺序、工作面停采理论基础。通过岩样单轴压缩全过程超声波测试结

4、线、煤柱、采空区等。在回采过程中，工作面附近应果确定应力与波速间具有幂函数关系f3]，即力状态不断的变化，应力集中区也在不断的变化。Vp=盯对于现场技术人员防冲设计来说，确定应力集中区式中，和为拟合和选择的参数值。域及其变化趋势是至关重要的。2．2震动波CT成像速度模型的建立确定工作面应力状态的方法有很多种，包括钻利用震动波走时曲线的CT成像就是要找到一屑法、电磁辐射法、弹性波CT法、震动波CT法等。个速度模型，使得计算的理论震动波到时与实际标钻屑法可以获得一个点(或线)区域的应力状态，并记到时相符。震动波

5、理论到时可用如下方程描述：通过多个点区域来估算工作面整体的应力分布状ti一』，-i_dx’+to=』．S(x,y,z)di+t0态，由于钻孔外区域的应力状态完全靠数学插值方法获得，所以只有钻孔区域的可靠性高，其余区域式中：V(x’y，Z)一速度分布；ti一理论计算震动波到可靠性较低。电磁辐射法是一种区域监测方法，可时；t震源的发震时刻；Fi一传播射线；S(x,y，z)以监测巷道附近深入煤体20m左右区域的应力状等于1，v(xz)，为点(x,y，z)上的慢度值。态，但对于工作面中部的应力不能进行监测，而且震动

6、波到时计算就是沿射线路径的积分，对于容易受各种机械电磁干扰，在工作面的应用情况不某个震源的射线i(i=1．．N，N为台站的数目)，震动好。弹性波CT方法可以得到整个工作面区域的应波到时方程为：力分布情况，但其只能在工作面开始回采前实施，ti=∑1piG+t。工作面回采过程中实施会严重影响生产。震动波CT式中：G一射线i在象元j中传播的距离(i=1．．M，M方法不仅可以得到回采前整个工作面的应力分布为象元的个数)；p；一在象元j中射线段的平均慢情况，而且工作面回采的过程中也可以实施，并且度；t。为发震时刻。丝

7、毫不影响生产。所以采用震动波CT法可以给防2．3冲击危险预警模型及其预警准则冲技术人员提供各个时期整个工作面的应力分布采用矿震震动波CT可反演得到工作面震动波·62·煤矿现代化2012-r第2期总第107期速的分布图像，如何利用该图像进行冲击危险分析其他区域，采用综合指数法确定了不同区域矿震发是该技术的应用重点，也是震动波CT成像技术应生的概率，划定出重点监测区域。根据井下实际情用研究的关键点。现在比较通用的评价方法主要有况及台站候选点的确定原则确定了候选点集合，采以下三种：用遗传算法确定了比较合适的台网布

8、设方案。2011(1)波速异常值An。冲击矿压预测预报的基础年3月13日E3207工作面开始生产时的台网布设是确定煤岩层中的应力状态和应力集中程度。由试方案如图1所示。E3207工作面作为矿震监测的重验结果知，应力高且集中程度大的区域，相对其它点区域，对其周围台站进行了专门的布设，为后期区域将出现纵波波速的正异常，其异常值由下式计的微震监测和分析打下了坚实的基础。算得到。—’lAn=图tLI目惑，．f蔓式中：V为