一种基于顶板爆破微震震源多参量的防冲效果评价方法

本发明涉及煤岩动力灾害防治，具体涉及一种基于顶板爆破微震震源多参量的防冲效果评价方法。

背景技术：

1、冲击地压是典型的煤矿动力灾害之一，随着煤矿开采深度和开采强度的增加，冲击地压灾害发生频次和强度明显增加。其中，顶板爆破技术被广泛应用于我国煤矿冲击危险工作面预卸压和解危卸压，且大量工程实践验证了该技术的防冲有效性。顶板爆破防冲效果与众多因素有关，包括岩层属性、应力环境、爆破参数设计等因素，而井下地质环境和应力环境并不是均匀分布的，这也就导致相同的顶板爆破参数在工作面不同区域所实现的效果并不相同，此时相关爆破技术参数需要根据实际条件进行选择和优化。而顶板爆破效果的快速评价能对爆破参数的优化设计起到反馈作用，同时也为矿井后续生产决策提供依据。当前顶板爆破防冲效果评价方法存在监测周期长、施工量大、干扰生产等局限性。因此，研发一种新的评价方法，使其具有监测周期短、施工量小，且不会干扰正常生产对顶板爆破进行快速评价，从而有效保证顶板爆破在工作面不同区域均能达到所需的效果，是本发明所需研究的方向。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于顶板爆破微震震源多参量的防冲效果评价方法，能够实现对顶板爆破防冲效果进行快速评价，同时基于多个评价参量所得到综合评价结果更加客观和精准，另外评价所需参数均利用现有监测设备获得，无需额外施工，不会干扰工作面正常生产，具有较高的经济性和便捷性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于顶板爆破微震震源多参量的防冲效果评价方法，具体步骤为：

3、步骤一、在煤矿工作面某一位置实施顶板爆破，利用井下微震监测系统采集该次爆破所诱发的微震事件；

4、步骤二、基于爆破微震定位、震动波形信号和拾振器位置信息对步骤一采集的微震事件进行矩张量震源机制反演，得到各微震矩张量分量的百分比、震源破裂面方向参数和地震矩m0；所述各微震矩张量分量包括iso分量、clvd分量和dc分量；所述震源破裂面方向参数包括走向角φ、倾角δ和斜角λ；

5、步骤三、根据步骤一采集的微震事件波形信号，确定震源拐角频率f，然后根据公式计算得到爆破微震震源半径r、应力降δσ、视应力σapp参数；

6、步骤四、将步骤二和步骤三计算得到的微震矩张量dc分量百分比、震源破裂面走向角φ和倾角δ、地震矩m0、震源半径r、应力降δσ、视应力参数σapp作为评价爆破防冲效果的独立评价指标，分别为w1～w6；并建立各独立评价指标的赋值条件，各独立评价指标根据各自的赋值条件得出w1～w6赋值；

7、步骤五、根据步骤四得出的w1～w6赋值，计算得到爆破防冲效果综合指数w；

8、步骤六、根据步骤五得出的爆破防冲效果综合指数w，将爆破防冲效果评价划分为四个等级，分别为a优秀、b良好、c一般、d无效，且根据不同爆破防冲效果评价等级，采取对应的防冲对策，完成该当前位置的防冲效果评价。

9、进一步，所述步骤四中各独立评价指标的赋值条件具体为：将w1～w6各自赋值范围均设为0，1，2，3，分别确定各个独立评价指标的赋值条件如下：

10、指标w1：基于微震矩张量dc分量百分比的评价标准为：当dc≤20％时，w1＝0；当20％<dc≤40％时，w1＝1；当40％<dc≤60％时，w1＝2；当dc>60％时，w1＝3；

11、指标w2：基于震源破裂面走向角φ和倾角δ的评价标准为：根据震源破裂面走向角φ和倾角δ与炮孔布置的走向角φb和倾角δb的相关性进行评价，提出震源破裂面评价参数sd：

12、

13、式中：k为常系数；|φ-φb|≤90°时，k＝0；90°＜|φ-φb|≤270°时，k＝1；|φ-φb|＞270°，k＝2；

14、根据上式得出震源破裂面评价参数sd值，其范围在0≤sd≤1；当sd≤0.25时，w2＝3；0.25<sd≤0.5时，w2＝2；0.50<sd≤0.75时，w2＝1；0.75<sd≤1.0时，w2＝0；

15、指标w3：基于地震矩m0的评价标准为：当地震矩m0≤5×109n·m时，w3＝0；当地震矩5×109<m0≤1×1010n·m时，w3＝1；当地震矩1×1010<m0≤5×1010n·m时，w3＝2；当地震矩m0>5×1010n·m时，w3＝3；

16、指标w4：基于震源半径r的评价标准为：当震源半径r≤30m时，w4＝0；震源半径30<r≤60m时，w4＝1；震源半径60<r≤90m时，w4＝2；震源半径r>90m时，w4＝3；

17、指标w5：基于应力降δσ的评价标准为：当应力降δσ≤0.025mpa时，w5＝0；应力降0.025<δσ≤0.050mpa时，w5＝1；应力降0.050<δσ≤0.075mpa时，w5＝2；应力降δσ>0.075mpa时，w5＝3；

18、指标w6：基于视应力σapp的评价标准为：当视应力σapp>0.15mpa时，w6＝0；视应力0.10<σapp≤0.15mpa时，w6＝1；视应力0.05<σapp≤0.1mpa时，w6＝2；视应力σapp≤0.05mpa时，w6＝3。

19、进一步，所述步骤五中爆破防冲效果综合指数w的计算公式为：

20、

21、式中，wi为第i个独立评价指标的赋值，n为独立评价指标数量，wimax为第i个独立评价指标赋值范围内的最大值；

22、进一步，所述步骤六中爆破防冲效果评价等级的划分标准为：

23、当w≥0.75时，爆破防冲效果评价等级为a，即效果优秀，继续正常生产；

24、当0.5≤w<0.75时，爆破防冲效果评价等级为b，即效果良好，能继续生产，但在生产过程中需要加强监测，当监测冲击风险增加时，需要停止生产；

25、当0.25≤w<0.5时，爆破防冲效果评价等级为c，即效果一般，需采取其他手段对防冲效果再进行验证，如效果达标则继续正常生产，如否，需要采取补充卸压防冲措施直至防冲效果达标；

26、当w<0.25时，爆破防冲效果评价等级为d，即效果较差，需在当前位置重新实施顶板爆破卸压措施，并重复步骤一至六再次进行爆破防冲效果评价。

27、与现有技术相比，本发明的发明人研究发现爆破微震震源力学参量能够在一定程度上反映爆源处岩石破坏和应力变化情况，而岩石破坏程度和应力变化情况影响了防冲效果，这也为基于爆破微震震源力学参量构建相关指标评价爆破防冲效果提供了理论依据；本发明基于爆破微震定位、波形信号、拾振器位置等信息对爆破微震事件进行矩张量震源机制反演和震源力学参量计算，将相关震源力学参量作为评价爆破防冲效果的独立评价指标，确定各独立评价指标的爆破防冲效果评价结果赋值，最后根据各独立评价指标的赋值计算得到爆破防冲效果综合指数，根据爆破防冲效果综合指数将爆破防冲效果评价为四个等级，针对不同爆破防冲效果评价等级，确定后续防冲对策；因此能够实现对顶板爆破防冲效果进行快速评价，同时基于多个评价参量所得到综合评价结果更加客观和精准，另外评价所需参数均利用现有监测设备获得，无需额外施工，不会干扰工作面正常生产，具有较高的经济性和便捷性，对于煤矿现场冲击地压防治具有重要指导意义。