1.一种掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法,其特征在于:包括控制器(1)、数据采集仪(2)、高压水泵(3)、注水管(8)、微震传感装置(4)和地音传感装置(5);
所述微震传感装置(4)包括调节螺栓(41)、调节螺母(42)、螺栓挡板(43)、微震传感器(44)和锥形头(45),所述调节螺母(42)旋接在调节螺栓(41)上端,所述调节螺栓(41)的下端穿过螺栓挡板(43)并通过传输线(46)与微震传感器(44)的上端连接,所述微震传感器(44)的下端与锥形头(45)连接,微震传感器(44)外套有保护杆(47),所述保护杆(47)分为两段,两段之间通过菱形弹性架(48)相连,所述菱形弹性架(48)的下端连接有恢复弹簧(49),所述保护杆(47)能随菱形弹性架(48)的宽窄变化进行伸缩运动,菱形弹性架(48)张开时会挤压恢复弹簧(49)产生弹力;
所述地音传感装置(5)包括地音传感器(51),所述地音传感器(51)外套有保护罩(52),所述保护罩(52)与地音传感器(51)之间填充有隔音材料(53),所述地音传感装置(5)配套有锚杆(6),地音传感装置(5)能直接安装在锚杆(6)上;
掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法包括以下步骤:
S1、安装微震监测装置
掘进工作面每推进10‑15m,便在掘进巷道两侧钻设监测孔,一侧一个,钻孔位置距掘进工作面3‑5m,钻孔直径为30‑35mm,孔深3‑5m,形成的两监测孔与掘进方向呈90°,监测孔形成后,采用高压风将监测孔内部的岩石残渣清理干净,使用安装杆对监测孔进行探空,确保监测孔完整顺畅;将两微震传感装置(4)安装在最前方的两监测孔中,使锥形头(45)与岩体紧密耦合,并拧紧调节螺母(42),使菱形弹性架(48)张开抵紧在监测孔内壁上,从而使微震传感装置(4)完全固定于监测孔内;
S2、注水孔布置
随着掘进的推进,在工作面的两帮各钻设一个注水孔,所成注水孔与掘进方向的夹角呈12°‑16°,注水孔孔深18‑20m,注水孔成形后,使用高压风将注水孔内部的岩石残渣清理干净,将注水管(8)置于注水孔内,随后用混合好的水泥对注水孔进行封孔,封孔深度1.8‑
2.2m;
S3、安装地音监测装置
随着掘进工作面的推进,将两微震传感装置(4)从上两个监测孔取出后置于最前方的两监测孔中,在微震传感装置(4)后方的监测孔中装入锚杆(6),安装深度超过2m,锚杆(6)露出围岩20‑25cm,向对应监测孔中注入水泥,待水泥凝固使锚杆(6)完全固定后,将地音传感装置(5)分别安装在最临近微震传感装置(4)的锚杆(6)裸露段上,用于接收岩体介质内部在有载荷作用下发生微破裂时的声波;
S4、安设微震及地音监测系统与高压注水控制系统
将微震传感装置(4)和地音传感装置(5)通过监测电缆(7)与数据采集仪(2)连接,所述数据采集仪(2)通过无线传输信号与外部的控制器(1)连接,形成微震及地音监测系统;将注水管(8)与高压水泵(3)连接,所述高压水泵(3)通过防水线缆(9)与控制器(1)连接,每个注水管(8)上配备有自控阀门(10),形成高压注水控制系统;
S5、冲击风险预警
通过控制器开启微震及地音监测系统,在冲击地压发生之前,掘进巷道周边围岩会在应力集中作用下发生变形和微小断裂破坏,产生高能低频信号和低能高频信号,信号会以断裂位置为中心向四周传播,被附近的监测装置监测到,其中,高能低频信号能被微震传感装置(4)监测到,低能高频信号能被地音传感装置(5)检测到,微震及地音监测系统将微震信号、地音信号通过监测电缆(7)传输到数据采集仪(2),数据采集仪(2)将信号无线传输至控制器(1);
S6、注水防灾
控制器(1)接收到信号后,进行风险信号的分析、处理,确定冲击地压即将发生的区域,划定风险区域范围,随后通过防水线缆(7)发出信号,开启高压水泵(3)以及该区域对应注水管(8)上的自控阀门(10),启动风险区域范围内的注水作业,增加区域围岩的含水率,软化岩体,释放围岩内部积聚的弹性势能,降低应力集中程度,进而降低和消除冲击动力风险;注水过程中,微震及地音监测系统持续监测冲击风险,并将数据传输至控制器(1);当冲击地压风险消除后,控制器(1)发出关闭信号,高压水泵(3)及自控阀门(10)关闭,注水结束;
S7、移动调整监测系统
在冲击预警解除后,恢复正常的掘进工作,当再次掘进工作面推进10‑15m后,在掘进巷道两侧钻设两监测孔,松开微震传感装置(4)上的调节螺母(42),菱形弹性架(48)在恢复弹簧(49)的弹力下能相对监测孔内壁缩回,抽出保护杆,将微震传感装置(4)从监测孔中拆出,随后置于下一监测孔中进行冲击地压的监测。
2.根据权利要求1所述的掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法,其特征在于:
所述菱形弹性架(48)为由四根支撑杆组成的菱形结构,且相邻的两个支撑杆之间铰接在一起。
3.根据权利要求1所述的掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法,其特征在于:
所述数据采集仪(2)内部设有无线射频模块,同时配备增益定向天线。
4.根据权利要求1所述的掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法,其特征在于:
所述地音传感器(51)为外挂式传感器,地音传感器(51)的保护罩(52)由金属材料制成,外部涂有聚氨酯材料,保护罩(52)与地音传感器(51)之间填充的隔音材料为玻璃棉。
5.根据权利要求1所述的掘进巷道冲击预警与注水卸压一体化防灾方法,其特征在于:
所述监测孔孔深4m,注水孔孔深20m。