煤层顶板危险源分析与新型监控技术研究.pdf

分类号分类号TD745TD745密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 煤层顶板危险源分析与新型监控煤层顶板危险源分析与新型监控煤层顶板危险源分析与新型监控 煤层顶板危险源分析与新型监控 技术研究技术研究技术研究 技术研究 黄黄 素素 果果 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称安全技术及工程安全技术及工程 指导教师姓名指导教师姓名张兴民张兴民职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一一年六月二零一一年六月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 煤层顶板危险源分析与新型监控技术研究煤层顶板危险源分析与新型监控技术研究煤层顶板危险源分析与新型监控技术研究 煤层顶板危险源分析与新型监控技术研究 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 黄素果黄素果入学时间入学时间入学时间 入学时间 200820082008 2008 年年 9 9 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 安全技术及工程安全技术及工程研究方向研究方向研究方向 研究方向 灾害预测与控制灾害预测与控制 指导教师指导教师指导教师 指导教师 张兴民张兴民职职职 职 称称称 称 教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 201120112011 2011 年年 6 6 6 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 201120112011 2011 年年 6 6 6 6 月月 3 3 3 3 日日 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 C C C C OALOALOAL OAL SEAMSEAMSEAM SEAM HAZARDHAZARDHAZARD HAZARD ANALYSISANALYSISANALYSIS ANALYSIS ANDANDAND AND NEWNEWNEW NEW MONITORINGMONITORINGMONITORING MONITORING TECHNOLOGYTECHNOLOGYTECHNOLOGY TECHNOLOGY RESEARCHRESEARCHRESEARCH RESEARCH A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y HuangHuangHuang Huang SuguoSuguoSuguo Suguo SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor ProfessorProfessorProfessor Professor ZhangXingminZhangXingminZhangXingmin ZhangXingmin CollegeCollegeCollege College ofofof of NaturalNaturalNatural Natural ResourcesResourcesResources Resources andandand and EnvironmentalEnvironmentalEnvironmental Environmental EngineeringEngineeringEngineering Engineering MayMayMay May 201120112011 2011 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机机 关作鉴定。关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘 要 煤矿在开采过程中，常常会发生很多事故。顶板事故作为煤矿的主要安全事故给国 家财产和人民的生命安全造成了巨大的损失和威胁。据国家有关部门统计，我国煤矿发 生顶板死亡事故占煤矿死亡事故的 4050，其中大部分发生在采场，工作面来压期间 发生顶板事故的机率占顶板事故 77.4。因此，找出发生顶板事故的原因，采取有效的 控制措施，对回采工作面的安全生产有着重要的意义。 论文采用事故树分析法对顶板事故进行分析。通过分析，找出了顶板事故总是伴随 着围岩破裂的过程，从而确定顶板的监测监控措施是否准确对顶板安全的管理起着重要 的作用，所以加强顶板监测监控对煤矿安全生产具有重要的现实意义。 顶板来压能够导致岩体破裂，微地震是岩体破坏过程的伴生现象，其中包含了大量 的有关围岩受力破坏的有用信息。利用微地震监测系统可以采集到岩体破裂时微地震波 的传播信号，根据其微地震事件的特征可以分析出顶板岩体的破裂程度，进而分析顶板 来压的特征。一般从微地震事件的频度、密度、强度、时间等方面分析顶板来压的大致 时间、大小、分析出顶板来压的规律，进而进行顶板来压预报。 微地震监测系统在不断的发展，论文主要介绍了基于并行接力传递协议的远程分布 式广域网微地震监测系统。该微地震监测系统是基于传感网基础的，它可以实现大范围 内的煤矿安全系统的顶板安全监测，传递速率大大增加，实现连续、动态的监测，预防 顶板事故的发生，对于解决我国的煤层顶板安全问题具有重要的意义。 关键词关键词关键词 关键词 煤层顶板危险源 微地震 传感网 山东科技大学硕士学位论文Abstract AbstractAbstractAbstract Abstract Quite amounts of accidents often occur in mining process. Roof accidents, which are main part of coal mine accidents, have caused great loss and threats to both the country and the people. According to relevant statistics, the death caused by roof accidents accounts for 40-50 of the whole coal mine fatalities, 80 of which occurs in stope and 77.4 occurs during the pressure. Therefore, finding out the causes of the roof accidents and takingeffective controlling measures mean a lot to safety production. By EventTree analysis , found that whether the monitoring measures of roof is accurate plays a vital role to roof accidents, so strengthening roof monitoring has the important practical significance in safety production in coal mine. Roof pressure can lead to rock bursting. The tiny earthquakes are accompanied phenomenon inrock failure process, which includes a large amount of useful ination that are relevant to surrounding rock stress destruction. Using the micro earthquake monitoring system, seismic wave propagation signal can be collected, and according to the features of micro seismic events roof bursting degree can be analyzed and then the features of roof pressure can be achieved. Generally,roof pressure features are analyzed from frequency, density intensity and time of micro earthquake events, and then the forecast of roof pressure is carried on. The development of earthquake monitoring system microprocessor includes three generations, and this paper mainly introduces the third generation. The third generation of micro earthquake monitoring system is based on the sensor network earthquake monitoring system, which can realize thebigscope monitoring, establishthe remote monitoring stations, and achieve the continuous and dynamic monitoring. Preventing roof accidents make good senses for the roof safety of our country. KeywordsKeywordsKeywords Keywords coal seam; hazards; micro earthquake;sensor network 山东科技大学硕士学位论文目录 目目目 目 录录录 录 1 1 1 1 引言引言引言 引言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1 1.1 课题研究的背景、目的和意义........................................................................................1 1.2 煤层顶板监测的方法及国内外研究现状.......................................................................2 1.3 课题的主要研究内容与思路...........................................................................................7 2 2 2 2 顶板事故危险源分析顶板事故危险源分析顶板事故危险源分析 顶板事故危险源分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 8 8 2.1 顶板事故相关概念...........................................................................................................8 2.2 危险源理论......................................................................................................................11 2.3 顶板事故危险源的事故树分析.....................................................................................13 2.4 本章小结.........................................................................................................................19 3 3 3 3 微地震监测煤层顶板活动的原理及方法研究微地震监测煤层顶板活动的原理及方法研究微地震监测煤层顶板活动的原理及方法研究 微地震监测煤层顶板活动的原理及方法研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202020 20 3.1 煤层顶板的活动规律.....................................................................................................20 3.2 微地震监测顶板活动的原理.........................................................................................22 3.3 微地震监测煤层顶板活动的方法研究.........................................................................26 3.4 微地震事件的定位方法.................................................................................................26 3.5 顶板微地震监测的远程监控问题研究.........................................................................30 3.6 本章小结.........................................................................................................................33 4 4 4 4 微地震监测系统的实施方案微地震监测系统的实施方案微地震监测系统的实施方案 微地震监测系统的实施方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343434 34 4.1 微地震监测系统的硬件组成..........................................................................................34 4.2 微地震监测系统的主要软件..........................................................................................37 4.3 微地震观测系统布置......................................................................................................43 4.4 微地震资料解释.............................................................................................................51 4.5 本章小结.........................................................................................................................52 5 5 5 5 微地震监测煤层顶板的结果分析微地震监测煤层顶板的结果分析微地震监测煤层顶板的结果分析 微地震监测煤层顶板的结果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535353 53 5.1 微地震事件数量与矿压周期.........................................................................................53 5.2 微地震事件的平面分布图.............................................................................................58 5.3 微地震事件剖面分布图.................................................................................................59 5.4 本章小结..........................................................................................................................61 6 6 6 6 结论结论结论 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626262 62 山东科技大学硕士学位论文Contents ContentsContentsContents Contents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroduction Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .