本发明涉及一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，属于煤矿安全生产技术领域。
背景技术：
随着煤炭资源开采深度的增加，煤矿巷道尤其是煤层巷道围岩所处应力状态不断恶化，巷道掘进过程中冲击矿压等动力灾害越发频繁，严重制约了煤矿安全高效生产。研究表明，冲击地压的发生是动、静载荷叠加共同作用的结果，对于不同埋深煤层的冲击地压，静载和动载起到的影响程度不同，其中深部开采冲击地压属于高静载型冲击地压，围岩静载较高，由矿震产生的微小动载增量可使叠加载荷超过临界值进而诱发煤岩冲击破坏，因此围岩静载应力的监测预警对深部冲击危险掘进工作面的冲击地压防治至关重要。
传统围岩静载应力监测方法主要有：钻屑法、应力在线、passat监测等，但因其监测范围小、劳动强度大等原因，难以实现对围岩应力场的有效快速、精确监测。基于围岩应力-波速相关关系，震动波ct反演技术因其劳动强度低、效率高、监测范围广，已经广泛用于煤矿采场围岩静载应力监测预警中。但对于掘进工作面，其通常位于井田开拓方向的前端，受空间限制，现有矿井拾震传感器布置方式难以对掘进工作面形成有效包围，导致掘进工作面围岩静载应力监测预警效能低，不能有效指导冲击危险尤其是强冲击危险掘进工作面的冲击地压防治。因此，如何提供一种布置方法能对强冲击危险掘进工作面的形成有效包围，从而提高其对冲击危险区域掘进工作面的冲击危险监测预警效能，有效指导掘进工作面的冲击地压防治，是本行业的研究方向。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，通过优化震动波ct反演系统台网布置，形成对强冲击危险掘进工作面的有效包围，进而提高其对冲击危险区域掘进工作面的冲击危险监测预警效能，有效指导掘进工作面的冲击地压防治。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，具体步骤为：
①确定冲击危险等级及范围
利用已知的煤矿冲击危险评价方法(如综合指数法等)，充分考虑煤层埋深、断层、褶曲、岩层结构及煤厚变化的因素，确定正在采掘及待采掘区域中冲击危险区域的等级及其范围；
②施工新掘煤巷并布设拾震传感器
在沿开拓大巷的开拓方向在冲击危险区域前方确定新掘煤巷的位置，然后在该位置施工新掘煤巷且使新掘煤巷的走向与已掘巷道的走向平行；然后在新掘巷道、开拓大巷和在强冲击危险范围后方距离其最近的已掘巷道内分别布设多个拾震传感器，形成对待掘冲击危险区域的有效包围；
③掘进工作面冲击危险的反演分析
通过各个拾震传感器实时采集冲击危险区域周围的掘进工作面及邻近回采工作面的矿震波形，建立监测范围内震动波ct反演模型并采用已知的反演算法进行冲击危险区域的震动波波速ct反演，获得反演区域内各个点的波速值和反演区域内的波速平均值以及射线密度，以射线密度确定反演可靠区域，然后基于冲击危险预警模型，对掘进工作面工作过程中反演可靠区域内不同位置的冲击危险等级进行实时预警。
进一步，步骤②中新掘煤巷和已掘巷道的长度均超过冲击危险区域在已掘巷道走向上的长度。
进一步，步骤②中在新掘巷道、开拓大巷和已掘巷道内的相邻拾震传感器间距均为100～200m。
进一步，所述步骤③中震动波ct反演模型采用自适应不等间距网格划分方法建立，其中震源集中区内节点间距为10m，震源集中区外节点间距为20m；所述反演算法为同时迭代重建法。
进一步，所述步骤③中冲击危险预警模型为：
波速异常系数
式中：vp为反演区域中任一点的纵波波速值，
an与冲击危险之间的关系
进一步，所述步骤③中反演可靠区域为射线密度大于10条的区域。
与现有技术相比，本发明先确定待掘区域中冲击危险区域的等级及其范围；然后在沿开拓大巷的开拓方向在冲击危险区域前方确定新掘煤巷的位置；然后在新掘巷道、开拓大巷和在强冲击危险范围后方距离其最近的已掘巷道内分别布设多个拾震传感器，形成对待掘冲击危险区域的有效包围；采集冲击危险区域周围掘进工作面及邻近回采工作面的矿震波形；建立监测范围内震动波ct反演模型并采用已知的反演算法进行冲击危险区域的震动波波速ct反演，然后基于冲击危险预警模型，划分出掘进工作面冲击危险区域中不同位置的等级，从而实现预警工作。本发明通过优化震动波ct反演系统台网布置，形成对强冲击危险掘进工作面的有效包围，进而提高其对冲击危险区域掘进工作面的冲击危险监测预警效能，有效指导掘进工作面的冲击地压防治。
附图说明
图1为矿井的采掘规划示意图；
图2为本发明确定的冲击危险区域的示意图；
图3为本发明中各个拾震传感器的位置布设示意图；
图4为本发明中对冲击危险区域进行震动波ct反演的示意图。
其中，1.开拓大巷；2.工作面设计停采线；3.已掘巷道；4.设计待掘巷道；5.冲击危险区域；6.新掘煤巷；7.拾震传感器；8.采空区；9.矿震震源；10.矿震射线；11.反演可靠区域。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1示，以图1中开拓大巷1的开拓方向为前方进行描述，本发明的具体步骤为：
①确定冲击危险等级及范围
利用已知的煤矿冲击危险评价方法(如综合指数法等)，充分考虑煤层埋深、断层、褶曲、岩层结构及煤厚变化的因素，确定正在采掘及待采掘区域中冲击危险区域5的等级及其范围；如图2所示；
②施工新掘煤巷6并布设拾震传感器7
在沿开拓大巷1的开拓方向在冲击危险区域5前方确定新掘煤巷6的位置，然后在该位置施工新掘煤巷6且使新掘煤巷6的走向与已掘巷道3的走向平行；然后在新掘巷道6、开拓大巷1和在强冲击危险范围后方距离其最近的已掘巷道3内分别布设多个拾震传感器7，形成对待掘冲击危险区域的有效包围；如图3所示；
③掘进工作面冲击危险的反演分析
通过各个拾震传感器7实时采集冲击危险区域5周围的掘进工作面及邻近回采工作面的矿震波形，建立监测范围内震动波ct反演模型并采用已知的反演算法进行冲击危险区域5的震动波波速ct反演，获得反演区域内各个点的波速值和反演区域内的波速平均值以及射线密度，以射线密度大于10条的区域确定为反演可靠区域11，然后基于冲击危险预警模型，对掘进工作面工作过程中反演可靠区域11内不同位置的冲击危险等级进行实时预警。
进一步，步骤②中新掘煤巷6和已掘巷道3的长度均超过冲击危险区域5在已掘巷道走向上的长度。
进一步，步骤②中在新掘巷道6、开拓大巷1和已掘巷道3内的相邻拾震传感器7间距均为100～200m。
进一步，所述步骤③中震动波ct反演模型采用自适应不等间距网格划分方法建立，其中震源集中区内节点间距为10m，震源集中区外节点间距为20m；所述反演算法为同时迭代重建法。
进一步，所述步骤③中冲击危险预警模型为：
波速异常系数
式中：vp为反演区域中任一点的纵波波速值，
an与冲击危险之间的关系
1.一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，具体步骤为：
①确定冲击危险等级及范围
利用已知的煤矿冲击危险评价方法，充分考虑煤层埋深、断层、褶曲、岩层结构及煤厚变化的因素，确定正在采掘及待采掘区域中冲击危险区域的等级及其范围；
②施工新掘煤巷并布设拾震传感器
在沿开拓大巷的开拓方向在冲击危险区域前方确定新掘煤巷的位置，然后在该位置施工新掘煤巷且使新掘煤巷的走向与已掘巷道的走向平行；然后在新掘巷道、开拓大巷和在强冲击危险范围后方距离其最近的已掘巷道内分别布设多个拾震传感器，形成对待掘冲击危险区域的有效包围；
③掘进工作面冲击危险的反演分析
通过各个拾震传感器实时采集冲击危险区域周围的掘进工作面及邻近回采工作面的矿震波形，建立监测范围内震动波ct反演模型并采用已知的反演算法进行冲击危险区域的震动波波速ct反演，获得反演区域内各个点的波速值和反演区域内的波速平均值以及射线密度，以射线密度确定反演可靠区域，然后基于冲击危险预警模型，对掘进工作面工作过程中反演可靠区域内不同位置的冲击危险等级进行实时预警。
2.根据权利要求1所述的一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，步骤②中新掘煤巷和已掘巷道的长度均超过冲击危险区域在已掘巷道走向上的长度。
3.根据权利要求1所述的一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，步骤②中在新掘巷道、开拓大巷和已掘巷道内的相邻拾震传感器间距均为100～200m。
4.根据权利要求1所述的一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，所述步骤③中震动波ct反演模型采用自适应不等间距网格划分方法建立，其中震源集中区内节点间距为10m，震源集中区外节点间距为20m；所述反演算法为同时迭代重建法。
5.根据权利要求1所述的一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，所述步骤③中冲击危险预警模型为：
波速异常系数
式中：vp为反演区域中任一点的纵波波速值，
an与冲击危险之间的关系
6.根据权利要求1所述的一种掘进工作面冲击危险震动波ct反演系统的布置方法，其特征在于，所述步骤③中反演可靠区域为射线密度大于10条的区域。
技术总结