本發(fā)明涉及巷道圍巖監(jiān)測(cè)支護(hù)，具體涉及一種深部巷道圍巖的自適應(yīng)支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著礦山開采不斷走向深部，地應(yīng)力不斷增加，深部巷道支護(hù)面臨重大挑戰(zhàn)。尤其是高水平應(yīng)力作用下，頻繁的開采擾動(dòng)導(dǎo)致深部巷道圍巖失穩(wěn)嚴(yán)重，采動(dòng)應(yīng)力增大使圍巖破碎加劇，巷道發(fā)生大變形破壞，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)安全。目前，深部巷道支護(hù)一般采用基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)全域支護(hù)法，即參考與其采深和巖石質(zhì)量相似的礦山支護(hù)參數(shù)，對(duì)整個(gè)巷道掘進(jìn)工作面所有區(qū)域采用統(tǒng)一支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支護(hù)，這種支護(hù)方法在應(yīng)用中存在諸多不足，深部巷道圍巖破壞程度、破壞風(fēng)險(xiǎn)不明，支護(hù)參數(shù)多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法確定，采用統(tǒng)一支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏針對(duì)性，導(dǎo)致區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度不足或過度的問題，巷道支護(hù)工程返修率大，不僅對(duì)人員設(shè)備安全帶來嚴(yán)重威脅，還增加了巷道支護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種深部巷道圍巖的自適應(yīng)支護(hù)方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種深部巷道圍巖的自適應(yīng)支護(hù)方法，該方法包括如下步驟：

4、步驟1、選擇距離深部采場(chǎng)較近的區(qū)域，在該區(qū)域上、下兩個(gè)中段的深部巷道i和ii中分別布置多個(gè)微震傳感器，并確定深部巷道ii待加強(qiáng)支護(hù)；

5、步驟2、在深部巷道i和ii兩側(cè)的任意位置分別進(jìn)行震源激發(fā)，并通過所述微震傳感器采集微震信號(hào)；

6、步驟3、由每個(gè)微震傳感器接收微震信號(hào)的時(shí)刻減去對(duì)應(yīng)的震源激發(fā)時(shí)刻，獲得不同微震信號(hào)路徑上的微震信號(hào)走時(shí)；

7、步驟4、利用三維地質(zhì)層析成像技術(shù)，對(duì)步驟1中選擇的區(qū)域構(gòu)建三維模型并對(duì)其劃分地質(zhì)單元體，并根據(jù)各個(gè)震源激發(fā)位置處的坐標(biāo)、各個(gè)微震傳感器坐標(biāo)及相對(duì)應(yīng)的微震信號(hào)走時(shí)計(jì)算地質(zhì)單元體的波速；

8、步驟5、根據(jù)地質(zhì)單元體的波速，反演深部巷道ii圍巖的損傷場(chǎng)；

9、步驟6、基于深部巷道ii圍巖的損傷場(chǎng)，劃分深部巷道ii圍巖的損傷等級(jí)，確定深部巷道ii圍巖的不同損傷等級(jí)的支護(hù)參數(shù)，建立與深部巷道圍巖ii的各損傷等級(jí)一一對(duì)應(yīng)的支護(hù)方案。

10、進(jìn)一步地，所述微震傳感器均接入礦山現(xiàn)有微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

11、進(jìn)一步地，所有微震傳感器型號(hào)相同且等距平行布置，且任意兩個(gè)微震傳感器之間的直線距離不超過該型號(hào)微震傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍。

12、進(jìn)一步地，所述微震傳感器為單向微震傳感器。

13、進(jìn)一步地，使用cd-2便攜式電火花震源進(jìn)行震源激發(fā)。

14、進(jìn)一步地，根據(jù)各個(gè)震源激發(fā)位置處的坐標(biāo)、各個(gè)微震傳感器坐標(biāo)及相對(duì)應(yīng)的微震信號(hào)走時(shí)，利用線性走時(shí)插值路徑追蹤算法和反投影迭代算法計(jì)算地質(zhì)單元體的波速。

15、進(jìn)一步地，步驟5包括：根據(jù)各地質(zhì)單元體的波速計(jì)算出所有微震信號(hào)路徑上地質(zhì)單元體的損傷度；對(duì)深部巷道ⅱ4周圍的地質(zhì)單元體的損傷度進(jìn)行插值，得到深部巷道ⅱ4的三維圍巖損傷場(chǎng)；利用插值結(jié)果，做出深部巷道ⅱ4靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖。

16、進(jìn)一步地，所述步驟6所述的劃分深部巷道ii4圍巖的損傷等級(jí)的方法為：基于深部巷道ⅱ4的圍巖損傷場(chǎng)，將圍巖損傷度d劃分四個(gè)取值范圍，該四個(gè)取值范圍分別對(duì)應(yīng)深部巷道ii圍巖的四個(gè)損傷等級(jí)：i級(jí)——略微損傷、ii級(jí)——輕度損傷、iii級(jí)——中度損傷、ⅳ級(jí)——重度損傷。

17、進(jìn)一步地，所述步驟6所述的支護(hù)參數(shù)包括支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)深度；所述不同損傷等級(jí)的支護(hù)深度的求解方法為：首先根據(jù)深部巷道ⅱ4靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖確定圍巖損傷深度，再將圍巖損傷深度與錨桿錨固在原巖內(nèi)的長(zhǎng)度進(jìn)行加和。

18、進(jìn)一步地，所述基于深部巷道ⅱ4靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖確定圍巖損傷深度的方法為：選取等值線圖縱向上圍巖損傷度的最小值所對(duì)應(yīng)的圍巖損傷深度，得到圍巖損傷深度。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下有益效果：

20、(1)本發(fā)明在深部巷道進(jìn)行震源激發(fā)并布置多個(gè)微震傳感器采集微震信號(hào)再結(jié)合三維地質(zhì)層析成像技術(shù)，反演了深部巷道圍巖損傷場(chǎng)，該損傷場(chǎng)是一個(gè)覆蓋整個(gè)中段高度的大范圍三維損傷場(chǎng)，可以反映出整個(gè)中段的巖體損傷程度，不僅為當(dāng)前深部巷道的支護(hù)方式選擇提供參考依據(jù)，還可以為后續(xù)該中段新掘進(jìn)的深部巷道的支護(hù)提供設(shè)計(jì)參考，并且通過深部巷道圍巖損傷場(chǎng)，可以直觀地看出巖體失穩(wěn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的分布情況，克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法支護(hù)圍巖破壞風(fēng)險(xiǎn)不明的缺點(diǎn)；

21、(2)本發(fā)明建立了輕微損傷區(qū)低強(qiáng)度支護(hù)、嚴(yán)重?fù)p傷區(qū)高強(qiáng)度支護(hù)的自適應(yīng)支護(hù)技術(shù)，與傳統(tǒng)全域支護(hù)法相比，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，避免了因局部區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度過弱或過強(qiáng)而導(dǎo)致人員設(shè)備安全受到威脅和支護(hù)成本增高的問題，同時(shí)該自適應(yīng)支護(hù)技術(shù)的支護(hù)參數(shù)結(jié)合了圍巖損傷深度和損傷程度進(jìn)行理論計(jì)算得出，具有更好的巷道支護(hù)效果，減少了巷道支護(hù)返修率，降低了深部巷道支護(hù)成本；

22、(3)深部開采背景下，深部地下礦山通常采用實(shí)時(shí)在線地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此防范、治理深井開采面臨的地壓安全隱患問題。本發(fā)明充分利用了礦山現(xiàn)有微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)微震傳感器采集的微震信號(hào)進(jìn)行采集與分析，極大地減少了本發(fā)明的實(shí)施成本，并且布置的單向微震傳感器組后期依然可以用于深部地壓監(jiān)測(cè)，防范深部開采面臨的地壓安全隱患問題，提高了設(shè)備的利用率。

技術(shù)特征：

1.一種深部巷道圍巖的自適應(yīng)支護(hù)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微震傳感器均接入礦山現(xiàn)有微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所有微震傳感器型號(hào)相同且等距平行布置，且任意兩個(gè)微震傳感器之間的直線距離不超過該型號(hào)微震傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍。

4.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述微震傳感器為單向微震傳感器。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用cd-2便攜式電火花震源進(jìn)行震源激發(fā)。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)各個(gè)震源激發(fā)位置處的坐標(biāo)、各個(gè)微震傳感器坐標(biāo)及相對(duì)應(yīng)的微震信號(hào)走時(shí)，利用線性走時(shí)插值路徑追蹤算法和反投影迭代算法計(jì)算地質(zhì)單元體的波速。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5包括：根據(jù)各地質(zhì)單元體的波速計(jì)算出所有微震信號(hào)路徑上地質(zhì)單元體的損傷度；對(duì)深部巷道ⅱ周圍的地質(zhì)單元體的損傷度進(jìn)行插值，得到深部巷道ⅱ的三維圍巖損傷場(chǎng)；利用插值結(jié)果，做出深部巷道ⅱ靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟6所述的劃分深部巷道ii圍巖的損傷等級(jí)的方法為：基于深部巷道ⅱ的圍巖損傷場(chǎng)，將圍巖損傷度d劃分四個(gè)取值范圍，該四個(gè)取值范圍分別對(duì)應(yīng)深部巷道ii圍巖的四個(gè)損傷等級(jí)：i級(jí)——略微損傷、ii級(jí)——輕度損傷、iii級(jí)——中度損傷、ⅳ級(jí)——重度損傷。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟6所述的支護(hù)參數(shù)包括支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)深度；所述不同損傷等級(jí)的支護(hù)深度的求解方法為：首先根據(jù)深部巷道ⅱ靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖確定圍巖損傷深度，再將圍巖損傷深度與錨桿錨固在原巖內(nèi)的長(zhǎng)度進(jìn)行加和。

10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于深部巷道ⅱ靠近深部采場(chǎng)的一側(cè)圍巖損傷度的等值線圖確定圍巖損傷深度的方法為：選取等值線圖縱向上圍巖損傷度的最小值所對(duì)應(yīng)的圍巖損傷深度，得到圍巖損傷深度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種深部巷道圍巖的自適應(yīng)支護(hù)方法，涉及巷道圍巖監(jiān)測(cè)支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：在選擇區(qū)域的上、下兩個(gè)中段的深部巷道I和II中分別布置多個(gè)微震傳感器，并確定巷道II圍巖待加強(qiáng)支護(hù)；對(duì)I和II兩側(cè)任意位置分別進(jìn)行震源激發(fā)，微震傳感器采集微震信號(hào)；計(jì)算不同微震信號(hào)路徑上的微震信號(hào)走時(shí)；對(duì)選擇區(qū)域構(gòu)建三維模型并劃分地質(zhì)單元體，根據(jù)各震源激發(fā)位置和微震傳感器的坐標(biāo)及相應(yīng)的微震信號(hào)走時(shí)計(jì)算地質(zhì)單元體的波速，由此反演巷道II圍巖的損傷場(chǎng)；劃分巷道II圍巖的損傷等級(jí)，確定不同損傷等級(jí)的支護(hù)參數(shù)，建立與各損傷等級(jí)一一對(duì)應(yīng)的支護(hù)方案。該方法具有更好的巷道支護(hù)效果，可減少巷道支護(hù)返修率，降低巷道支護(hù)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：徐世達(dá),魏更強(qiáng),任湘霖,陳天曉,王碩,雷瀚,李元輝,劉建坡,彭建宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10