一种工作面冲击地压的危险监测方法

本发明涉及煤矿冲击地压监测，具体涉及一种工作面冲击地压的危险监测方法。

背景技术：

1、煤矿冲击地压监测与预警技术领域，当前研究普遍依托微震与应力在线监测系统，通过在工作面及巷道布置微震检波器与钻孔应力计，实时获取围岩破裂释放的弹性能量及煤体内部应力变化等关键指标，并基于全局统一的静态经验阈值进行冲击危险判定。具体而言，现有方法通常设定固定的微震能量阈值（如单次事件能量超105j）与应力阈值（如煤体应力超15mpa），一旦任一指标或两项指标同时超过设定值，即判定对应区域存在冲击危险并发出预警。该类方法的核心优势在于逻辑简明、实施成本低、与现有标准化监测系统兼容度高，在两侧为实体煤、无邻近采动扰动、初始应力分布均匀对称的常规首采工作面中，由于不存在复杂的历史残留应力，煤体应力随开采呈简单的线性递增，采用全局统一阈值即可实现对危险区域的有效拦截，具有较好的工程适用性与可操作性。

2、虽然现有的基于微震与应力在线监测的多源指标阈值联合预警方法，在两侧为实体煤、初始应力分布均匀对称的常规工作面中，因煤体应力随开采呈简单线性递增而能够有效拦截危险区域，但在三侧采空区包围的孤岛煤柱工作面中，该方法存在根本性失效问题：三侧历史采空区覆岩垮落与悬顶产生的非对称侧向残余静压，使煤体在开采前即处于极度扭曲的空间异构应力场中，不同位置的承载极限储备完全不同，同时该场景下煤体属ⅱ类弱冲击倾向性，临界失稳前微震与应力前兆信号极其微弱，常规阈值无法感知这种因空间非均匀性导致的临界点差异。高预应力区，一次远低于阈值的微小震动即可触发整体冲击，而在卸压区，即使超阈值的大能量事件也不会引发危险。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种工作面冲击地压的危险监测方法，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明一个实施例提供了一种工作面冲击地压的危险监测方法，该方法包括：

3、对工作面进行网格划分，将每个网格中心点的坐标作为网格的坐标；获取工作面的上覆岩层平均容重、静态开采深度和各网格各时刻的应力并记录微震事件；

4、利用工作面的上覆岩层平均容重、静态开采深度以及一个网格与各采空区煤体边界的几何最短距离计算该网格的静态总应力；

5、以一个网格的中心点为圆心做圆作为该网格的局部区域；在一个时刻之前预设时段内提取一个网格的局部区域的微震事件作为该网格该时刻的微震事件；利用一个网格的静态总应力、该网格一个时刻的应力增量以及该网格该时刻的微震事件获取该时刻该网格的动静耦合指数；

6、根据一个时刻各个网格的动静耦合指数结合香农信息熵计算模型计算该时刻的空间信息熵；根据每个时刻的空间信息熵变化率进行预警。

7、优选地，静态总应力的计算模型具体为：

8、，

9、其中，是中心点坐标为的网格的静态总应力；是工作面的上覆岩层平均容重；是工作面的静态开采深度；i是相邻采空区编号；是中心点坐标为的网格到第个采空区煤体边界的几何最短距离；是工作面的煤层煤体的单轴抗压强度；为中心点坐标为(x,y)的网格与第i个采空区煤体边界的限制附加应力倍数；min为取最小值函数；

10、具体为：

11、，

12、其中，为最大侧向支承压力集中系数；为侧向支承压力最大影响半径；为峰值偏移参数。

13、优选地，利用一个网格的静态总应力、该网格一个时刻的应力增量以及该网格该时刻的微震事件获取该时刻该网格的动静耦合指数，包括：

14、将一个网格的静态总应力与该网格一个时刻的应力增量相加并比上工作面的煤层煤体的单轴抗压强度得到第一比值，利用双曲正切函数对所述第一比值和第一预设值的差进行映射得到映射值，求取所述映射值和第一预设值的均值得到该网格该时刻对应的静压逼近度；将该网格该时刻的各微震事件释放的弹性能量的和比上微震能量基准值并与第一预设值相加得到相加结果，利用以自然常数为底的对数函数对所述相加结果进行映射并与第一预设值相加得到该网格该时刻对应的微震动态放大因子；将该网格该时刻对应的微震动态放大因子与静压逼近度相乘得到该时刻该网格的动静。

15、优选地，根据一个时刻各个网格的动静耦合指数结合香农信息熵计算模型计算该时刻的空间信息熵，包括：

16、将一个时刻一个网格的动静耦合指数比上该时刻各网格的动静耦合指数的和得到该时刻该网格的概率分布；利用香农信息熵计算模型结合该时刻各网格的概率分布获取该时刻的工作面的空间信息熵。

17、优选地，根据每个时刻的空间信息熵变化率进行预警，包括：

18、基于历史上正常的各时刻的空间信息熵变化率获取判断阈值；当一个时刻的空间信息熵变化率小于判断阈值时，进行预警。

19、优选地，每个时刻的空间信息熵变化率的获取方法具体为：

20、计算一个时刻与该时刻的前一时刻的空间信息熵的差值并比上这两个时刻之间的时间间隔得到该时刻的空间信息熵变化率。

21、优选地，基于历史上正常的各时刻的空间信息熵变化率获取判断阈值，包括：

22、计算历史上正常的各时刻的空间信息熵变化率的样本分位数，取预设百分位数对应的空间信息熵变化率作为判断阈值。

23、本发明实施例至少具有如下有益效果：本申请对工作面进行网格划分，将每个网格中心点的坐标作为网格的坐标，进而上覆岩层平均容重、静态开采深度和各网格各时刻的应力并记录微震事件，然后利用工作面的上覆岩层平均容重、静态开采深度以及一个网格与各采空区煤体边界的几何最短距离计算该网格的静态总应力，通过获取每个网格的静态总应力，能够重构静态背景应力底图锁定先天高应力靶区；然后获取各时刻各网格局部区域内的微震事件，进而结合网格的静态总应力以及各网格各时刻的应力增量获取各时刻各网格的动静耦合指数，以动静耦合指数实时追踪危险点的时空迁移路径；接着根据一个时刻各个网格的动静耦合指数结合香农信息熵计算模型计算该时刻的空间信息熵，根据每个时刻的空间信息熵变化率进行预警，利用动静耦合指数的空间信息熵的骤降速率捕捉弱冲击煤体临界失稳的结构性突变，从而实现在不依赖全局统一静态阈值条件下的冲击地压危险精准动态预警，显著提高孤岛工作面冲击地压预警的及时性与特异性。

1.一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述静态总应力的计算模型具体为：

3.根据权利要求1所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述利用一个网格的静态总应力、该网格一个时刻的应力增量以及该网格该时刻的微震事件获取该时刻该网格的动静耦合指数，包括：

4.根据权利要求1所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述根据一个时刻各个网格的动静耦合指数结合香农信息熵计算模型计算该时刻的空间信息熵，包括：

5.根据权利要求1所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述根据每个时刻的空间信息熵变化率进行预警，包括：

6.根据权利要求5所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述每个时刻的空间信息熵变化率的获取方法具体为：

7.根据权利要求5所述的一种工作面冲击地压的危险监测方法，其特征在于，所述基于历史上正常的各时刻的空间信息熵变化率获取判断阈值，包括：