本發(fā)明屬于地下工程中安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法。

背景技術(shù)：
隨著煤炭淺部資源枯竭，煤炭開采逐漸向深部延深，地應(yīng)力隨之增大，巷道失穩(wěn)嚴重，威脅著井下工作人員的生命安全，影響著煤礦正常的生產(chǎn)，因此巷道的穩(wěn)定性成為煤礦安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。煤柱下方巷道掘進的過程中，上方工作面回采產(chǎn)生的采動壓力對下方掘進巷道產(chǎn)生影響，導(dǎo)致圍巖強度降低，掘進巷道變形量大，支護構(gòu)件失效，上方工作面回采產(chǎn)生的采動壓力直接影響著下方掘進巷道的穩(wěn)定性和圍巖的強度，因此對采動影響煤柱下方巷道掘進過程中進行定量檢測，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，優(yōu)化巷道支護參數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)存在下述問題：一、上覆工作面回采過程中煤柱下方掘進巷道的穩(wěn)定性和圍巖的破裂范圍無法確定。二、目前還未有采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法。三、在實際工程中，上覆工作面回采的應(yīng)力和煤柱下工作面掘進的應(yīng)力共同對圍巖作用，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下圍巖的破壞特征直接影響巷道變形，目前國內(nèi)外采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法研究鮮見。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
鑒于此，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法，通過高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)和鉆孔窺視儀，準(zhǔn)確判斷掘進巷道的穩(wěn)定性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法，包括以下步驟：步驟1，安裝高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)以及窺視儀；步驟2，采集采動影響前數(shù)據(jù)：采用高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)對煤柱下方掘進巷道進行監(jiān)測，記錄圍巖破裂的位置、能量和次數(shù)；利用鉆孔窺視成像記錄儀進行窺視，記錄圍巖破碎的程度，將圍巖由內(nèi)到外依次劃分為完整區(qū)、較完整區(qū)、較破碎區(qū)和破碎區(qū)；步驟3，采集采動影響后數(shù)據(jù)采集：具體實施步驟與步驟2相同；步驟4，圍巖穩(wěn)定性分析：基于采動影響前、后所述圍巖破裂位置、圍巖破裂的能量、圍巖破裂的次數(shù)和圍巖破碎程度，分別計算得到圍巖破裂范圍提高率、圍巖破裂能量提高率、圍巖破裂事件單位體積密度提高率和圍巖破碎程度提高率；步驟5，采動影響煤柱下方掘進巷道穩(wěn)定性定量評價：基于步驟四得到的各圍巖評價值，利用權(quán)重分析法，建立采動影響掘進巷道穩(wěn)定性定量評價指標(biāo)，對采動影響掘進巷道進行定量評價。步驟1中，高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集分站、微震系統(tǒng)主機和地面數(shù)據(jù)綜合處理分析系統(tǒng)；在煤柱下方掘進巷道左幫安裝3個傳感器，右肩安裝3個傳感器，分別采集圍巖破裂信號，每個傳感器接收到微震信號以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，通過數(shù)據(jù)采集分站將采集的電信號通過光纖與煤礦網(wǎng)絡(luò)分站相連，通過煤礦網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸給微震系統(tǒng)主機，而地面數(shù)據(jù)綜合處理分析系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并對數(shù)字信號加工處理，以實現(xiàn)對微震事件的定位，事件參數(shù)的獲取。所述的上方回采工作面與下方掘進巷道在豎直方向重疊之前，傳感器隨著掘進工作面依次前移布置，而當(dāng)上方回采工作面與下方掘進工作面在豎直方向重疊后，傳感器隨著回采工作的回采依次后移布置；在巷道左幫、右?guī)?、左肩部、右肩部和頂部布設(shè)鉆孔，利用窺視儀在鉆孔中窺視圍巖，記錄圍巖的破碎。步驟2中，所述采動影響前圍巖破裂能量計算公式為D＝A11E1+A12E2+A13E3+A14E4+A15E5+A16E6，其中A11、A12、A13、A14、A15、A16為相關(guān)系數(shù)，且A11+A12+A13+A14+A15+A16＝1，E1為能量<10J，E2為能量10～100J，E3為能量100～1000J，E4為能量1000～5000J，E5為能量5000～10000J，E6為能量≥10000J。步驟2中，基于采動前圍巖破裂次數(shù)，計算單位體積圍巖破裂事件密度，其公式為C＝N/V，其中N為圍巖破裂次數(shù)，V為圍巖破裂范圍體積。步驟2中，所述鉆孔窺視成像記錄儀將鉆孔壁圍巖平面展開，用于分析圍巖破壞范圍，基于鉆孔窺視儀可得到采動影響前圍巖破碎程度計算公式W＝S1+S2+S3+S4，S1、S2、S3、S4分別對應(yīng)的圍巖為完整、較完整、較破碎和破碎時的長度。步驟4中，所述圍巖破裂范圍提高率為R1＝(L’-L)/L；所述圍巖破裂能量提高率R2＝(D’-D)/D；圍巖破裂事件單位體積密度提高率R3＝(C’-C)/C；圍巖破碎程度提高率R4＝(W’-W)/W，其中L’、L分別為采動影響前后圍巖破裂范圍；D’、D分別為采動影響前后圍巖破裂能量，C’、C分別為采動前后圍巖破裂時間單位體積密度，W’、W分別為采動影響前后圍巖破碎程度。步驟五中，所述采動影響煤柱下方掘進巷道穩(wěn)定性定量評價，通過加權(quán)得到采動影響煤柱下方掘進巷道穩(wěn)定性的綜合評價指標(biāo)R＝∑HkRk，并將R值與某具體巷道采動影響下巷道穩(wěn)定性評價效果統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)值R0比較，即可得到采動影響下掘進的巷道穩(wěn)定性，其中，Hk為權(quán)重系數(shù)，k＝1，2，3，4，其大小應(yīng)根據(jù)R1～R4的大小及測試數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性進行分配，滿足∑Hk＝1。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明利用高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)和鉆孔窺視儀，對采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定性進行評價，對多個指標(biāo)綜合對比分析，避免了因單一指標(biāo)而造成的錯誤判斷，保證巷道穩(wěn)定性判斷的準(zhǔn)確性，從而能夠全面的，精確的判斷巷道穩(wěn)定狀態(tài)，進而指導(dǎo)不同時期巷道具體的支護方案設(shè)計和實施。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明的采動影響巷道動態(tài)監(jiān)測與穩(wěn)定評價方法流程圖；圖2為本發(fā)明的高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器布置平面示意圖；圖3為本發(fā)明的高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器布置剖面示意圖；圖4為本發(fā)明的鉆孔窺視儀所示的圍巖破碎程度示意圖；其中，1為掘進巷道左幫部1號傳感器，2為掘進巷道左幫部2號傳感器，3為掘進巷道左幫部3號傳感器，4為掘進巷道右肩部4號傳感器，5為掘進巷道右肩部5號傳感器，6為掘進巷道右肩部6號傳感器，S1為完整圍巖長度、S2為較完整圍巖長度、S3為較破碎圍巖長度和S4為破碎圍巖長度。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：本發(fā)明基于高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)和鉆孔窺視儀技術(shù)研究手段，分析得到采動影響前后圍巖破裂范圍提高率、圍巖破裂能量提高率、圍巖破裂事件單位體積密度提高率和圍巖破碎程度提高率等參數(shù)，并通過權(quán)重分析法，對采動影響巷道穩(wěn)定性綜合定量分析，建立采動影響巷道穩(wěn)定性效果定量評價指標(biāo)，可對采動影響巷道穩(wěn)定性進行科學(xué)合理評價。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：第一步：采動影響前后巷道圍巖監(jiān)測方案設(shè)計根據(jù)礦井開拓方式、巷道的地質(zhì)條件、斷面尺寸，設(shè)計采動影響前后巷道圍巖監(jiān)測方案，確定高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)布置參數(shù)。如圖1、圖2所示，巷道布置6個傳感器，左幫布置3個傳感器，右肩布置3個傳感器；具體為：掘進巷道左幫部1號傳感器1，掘進巷道左幫部2號傳感器2，掘進巷道左幫部3號傳感器3，掘進巷道右肩部4號傳感器4，掘進巷道右肩部5號傳感器5，掘進巷道右肩部6號傳感器6，S1為完整圍巖長度、S2為較完整圍巖長度、S3為較破碎圍巖長度和S4為破碎圍巖長度。6個傳感器分別采集圍巖破裂信號，每個傳感器接收到微震信號以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，通過數(shù)據(jù)采集分站將采集的電信號通過光纖與煤礦網(wǎng)絡(luò)分站相連，通過煤礦網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸給微震系統(tǒng)主機，而地面數(shù)據(jù)綜合處理分析系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并對數(shù)字信號加工處理，以實現(xiàn)對微震事件的定位，事件參數(shù)的獲取。在巷道左幫部，左肩部，頂部，右肩部和右?guī)筒坎贾?個鉆孔，鉆孔的深度為6m，利用窺視儀在鉆孔中由圍巖淺部到深部依次采集圍巖破碎情況。第二步：采動影響前數(shù)據(jù)采集A、采動影響前圍巖破裂監(jiān)測。利用高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)實時采集采動影響前巷道掘進過程中圍巖破裂的位置、能量和次數(shù)。高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)通過布置在巷道中的6個傳感器采集圍巖破裂的信號，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集的圍巖破裂信號進行加工處理，實現(xiàn)圍巖破裂事件的定位，確定圍巖破裂發(fā)生的位置，破裂時產(chǎn)生的能量和圍巖破裂的次數(shù)。圍巖破裂產(chǎn)生的能量分為6級，E1為能量<10J，E2為能量10～100J，E3為能量100～1000J，E4為能量1000～5000J，E5為能量5000～10000J，E6為為能量≥10000J；圍巖破裂能量為D＝A11E1+A12E2+A13E3+A14E4+A15E5+A16E6，其中A11、A12、A13、A14、A15、A16為相關(guān)系數(shù)，且A11+A12+A13+A14+A15+A16＝1；分析采集信號的分布情況，確定采動影響前圍巖破裂范圍L，確定方法如下：布置的6個傳感器采集圍巖的破裂信號，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對破裂信號處理和分析，實現(xiàn)圍巖破裂事件的定位，確定圍巖的破裂情況，巷道圍巖中兩端最遠處破裂點之間的距離，即確定采動影響前圍巖破裂范圍L；統(tǒng)計圍巖破裂信號數(shù)量，得到單位體積圍巖破裂事件密度C＝N/V，其中N為圍巖破裂次數(shù)，V為圍巖破裂范圍內(nèi)的體積。通過傳感器采集得到的采動影響前圍巖破裂信號，將信號導(dǎo)入地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，對圍巖破裂進行定位，獲取圍巖破裂事件的數(shù)據(jù)，包括圍巖破裂數(shù)量、能量等。V＝L×B×H，其中L為采動影響前圍巖破裂范圍，B為采動影響前圍巖破裂寬度，B值是巷道最遠兩個破裂點之間的距離，H為采動影響前圍巖破裂高度，H值為巷道最高處和最低處圍巖破裂點之間的距離。B、采動影響前鉆孔窺視儀探測：利用鉆孔窺視儀在圍巖中進行探測，得到圍巖立體柱狀圖，圍巖破碎程度W＝S1+S2+S3+S4，S1、S2、S3、S4分別對應(yīng)的圍巖為完整、較完整、較破碎和破碎時的長度，如圖3所示；第三步：采動影響后數(shù)據(jù)采集C、采動影響后圍巖破裂監(jiān)測。利用高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)實時采集采動影響后巷道掘進過程中圍巖破裂的位置、能量和次數(shù)。圍巖破裂能量情況為D’＝A’11E’1+A’12E’2+A’13E’3+A’14E’4+A’15E’5+A’'6E’6，其中A’1k(k＝1、2、3、4、5、6)為相關(guān)系數(shù)，且A’11+A’12+A’13+A’14+A’15+A’16＝1，其中，E’1為能量<10J，E’2為能量10～100J，E’3為能量100～1000J，E’4為能量1000～5000J，E’5為能量5000～10000J，E’6為為能量≥10000J；分析圍巖破裂的分布情況，確定采動影響后圍巖破裂范圍L’，確定方法如下：布置的6個傳感器采集圍巖的破裂信號，通過微震監(jiān)測軟件分析對破裂信號分析，實現(xiàn)圍巖破裂事件的定位，確定圍巖的破裂情況，巷道圍巖中兩端最遠處破裂點之間的距離，即確定采動影響后圍巖破裂范圍L’；統(tǒng)計圍巖破裂信號數(shù)量，得到單位體積圍巖破裂事件密度C’＝N’/V’，其中N’為圍巖破裂次數(shù)，V’為圍巖破裂范圍內(nèi)的體積。通過傳感器采集得到的采動影響前圍巖破裂信號，將信號導(dǎo)入地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，對圍巖破裂進行定位，獲取圍巖破裂事件的數(shù)據(jù)，包括圍巖破裂數(shù)量、能量等。V’＝L’×B’×H’，其中L’為采動影響后圍巖破裂范圍，B’為采動影響后圍巖破裂寬度，B’值是巷道最遠兩個破裂點之間的距離，H’為采動影響后圍巖破裂高度，H’值為巷道最高處和最低處圍巖破裂點之間的距離。D、采動影響后鉆孔窺視儀探測：利用鉆孔窺視儀在圍巖中進行探測，得到圍巖立體柱狀圖，記錄圍巖破碎程度W’＝S’1+S’2+S’3+S’4，S’1、S’2、S’3、和S’4分別對應(yīng)的圍巖為完整、較完整、較破碎和破碎時的長度。如圖3所示；圍巖裂隙寬度小于1mm時為完整圍巖，圍巖裂隙寬度1～5mm為較完整圍巖，裂隙寬度5～10mm為較破碎圍巖，裂隙寬度大于10mm為破碎圍巖。第四步：采動影響煤柱下方掘進巷道穩(wěn)定性分析根據(jù)第二步和第三步所獲得的數(shù)據(jù)，可求得圍巖破裂范圍提高率為R1＝(L’-L)/L；圍巖破裂能量提高率R2＝(D’-D)/D；圍巖破裂事件單位體積密度提高率R3＝(C’-C)/C；圍巖破碎程度提高率R4＝(W’-W)/W。其中L、L分別為采動影響前后圍巖破裂范圍，有上面的計算值確定；D、D’分別為采動影響前后圍巖破裂能量，C、C’分別為采動前后圍巖破裂時間單位體積密度，W、W’分別為采動影響前后圍巖破碎程度。第五步：采動影響煤柱下方掘進巷道穩(wěn)定性定量評價根據(jù)第四步采動影響前后圍巖監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理分析，通過加權(quán)可得到采動影響巷道穩(wěn)定性最終評價指標(biāo)R＝∑HkRk，并將R值與某具體巷道采動影響巷道穩(wěn)定性評價效果統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)值R0比較，即可得到采動影響巷道穩(wěn)定性，其中，Hk為權(quán)重系數(shù)，k＝1，2，3，4，其大小應(yīng)根據(jù)R1～R4的大小及測試數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性進行分配，滿足∑Hk＝1。由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其他的不脫離其實質(zhì)或者必要特征的實施方案來實現(xiàn)，因此，就各方面而言，都只是舉例說明，不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。