基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警方法技术领域
本发明涉及采矿工程、岩土工程动力灾害监测及预警技术领域，
特别是指一种基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警方法。
背景技术
在动力灾害(煤矿冲击地压、硬岩岩爆等)监测预警领域，对于
煤矿冲击地压，目前国内外的临场预报主要以钻屑法为主，仅是各矿
山所用的预警指标有所不同。钻屑量是钻屑孔中岩体破裂状态的反映，
是包含采动应力、煤体性质、突出环境等因素的综合指标。
钻屑法的突出优点是其实用性和方法的可靠性，其突出缺点是实
施过程中操作过程的复杂性、因人而异的操作误差和不能连续监测和
实时预警，从而导致有用信息遗漏而出现不能准确、有效地对冲击地
压进行预警。
煤岩体与硬岩岩体的围岩近场破裂状态均普遍采用声发射等方
法进行监测，声发射监测是脆性岩体动力灾害监测预警中的重要技术
手段，直接反映岩石破裂状态，相对比较准确，且能够实现实时监测，
提前预警。
窦林名教授等于2011年在《岩土力学》上发表了“冲击矿压的
声发射监测技术研究”论文，论述了利用声发射评价冲击矿压危险的
可行性，提出了冲击矿压危险性评价的声发射指标的表达方式、临界
指标的确定以及危险等级的划分等。彭琦等于2009年在《岩土力学》
上发表了“基于AE时间序列的岩爆预测模型”论文，根据现场岩爆
监测中声发射(AE)时间序列的特点，采用小波神经网络与突变理
论，建立了一种新的岩爆预测模型。
声发射监测方法的突出优点是直接准确，可实时监测，其突出缺
点是破裂信号强度弱，同时传感器受噪声干扰严重，致使声发射信号
数据反演分析结果欠可靠、声发射有效信号提取错误、声发射判识方
法失效等系列问题时有发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于巷道围岩破裂辅助孔
监测的动力灾害预警方法，结合钻屑法预警基本原理与声发射监测手
段，并克服二者的不足，将动力灾害孕育演化过程中的围岩破裂过程
显现于辅助孔周边，直接监测辅助孔孔壁围岩微破裂状态，并通过将
传感器安装于监测孔中的方式减少有效信号衰减与施工噪音干扰。
该方法包括如下步骤：
一、在巷道两帮布置监测孔与辅助孔，监测孔与辅助孔的距离满
足辅助孔范围内的破裂信号均能被监测孔中的声发射传感器接收；
二、在监测孔中布设声发射传感器，每个监测孔中布设1-5个声
发射传感器，布设完成后将监测孔孔口封闭；
三、根据灾害孕育演化不同阶段声发射事件对应阈值，采用声发
射实时采集监测系统，对围岩内部应力变化引起的辅助孔孔壁煤岩破
裂事件进行动态监测，实现动力灾害动态预警。
其中，步骤一的监测孔中采取支护措施避免孔壁破裂，辅助孔孔
壁不进行支护处理，保持裸孔状态，围岩应力增加时辅助孔孔壁围岩
微破裂状态不断发展变化，是动力灾害孕育演化过程的最直接反映。
步骤一中辅助孔的深度根据需监测围岩区域大小而定，监测孔深
度可小于辅助孔深度。辅助孔与监测孔间距及相对位置视岩性、作业
条件等确定。辅助孔与监测孔的孔深及布孔位置设计基本原则为保证
辅助孔范围内的破裂信号均能被监测孔中的传感器接收。可采用一组
监测孔与辅助孔，也可采用多组监测孔与辅助孔，相邻辅助孔间距视
岩体动力灾害倾向性而定，动力灾害危险性较高区域应布设较密，形
成巷道两帮实时监测网，但辅助孔间距不应小于声发射信号传播距离，
避免相邻辅助孔的监测信号相互干扰。
监测孔中合理选取孔壁支护及传感器安装方法，安装后孔口封孔，
保证传感器信号接收效果。
现场试验不同深度处的监测孔声发射信号接收效果，确定辅助孔
与监测孔深度、辅助孔与监测孔间距、相邻辅助孔间距、声发射传感
器布设位置等参数。
根据历史记录、现场试验与理论分析确定监测区域动力灾害孕育
演化不同阶段及其对应关键阈值。
步骤三中声发射实时采集监测系统包括监测主机、数据传输系统、
电源、采集仪、接线盒和声发射传感器，接线盒连接在声发射传感器
和采集仪之间，电源通过供电线给采集仪供电，声发射传感器接收的
信号经过接线盒与信号线传输至采集仪，采集仪收集的信号再经数据
传输系统传输至监测主机。监测主机用于处理、显示实时监测数据，
根据预先设定的关键阈值，连续、直观地显示动力灾害发生的可能性，
从而对动力灾害孕育演化不同阶段进行动态预警。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该方法通过布设辅助孔将动力灾害孕育演化过程中的巷道围岩
破裂过程显现于辅助孔周边，通过布设监测孔并将传感器安装于监测
孔中的方式减少有效信号衰减和现场噪音干扰，直接监测辅助孔孔壁
围岩微破裂状态，克服了钻屑法与现有声发射方法的不足，对动力灾
害进行实时监测。本发明克服了钻屑法(针对煤矿冲击地压预警)操
作繁琐、不能实时监测及声发射法有效信号弱、噪音干扰强导致监测
结果欠准确的缺陷，提高了冲击地压监测的安全性和有效性。
附图说明
图1为本发明的基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警
方法的巷道布孔示意图；
图2为本发明的声发射实时采集监测系统结构示意图；
图3为本发明的冲击地压动态预警阈值示意图。
其中：1-监测孔；2-辅助孔；3-声发射传感器；4-接线盒；5-信号
线；6-电源；7-供电线；8-采集仪；9-数据传输系统；10-监测主机。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面
将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明基于巷道围岩破裂辅助孔监测的动力灾害预警方法，利用
布设辅助孔的方式，将动力灾害孕育演化过程中的巷道围岩破裂过程
显现于辅助孔周边，并通过声发射监测技术手段进行实时监测，动态
预警，且通过将传感器安装于监测孔中的方式减少有效信号衰减与施
工噪音干扰。
该方法具体步骤如下：
一、如图1所示，在巷道两帮布置监测孔1与辅助孔2，监测孔
1与辅助孔2的距离满足辅助孔2范围内的破裂信号均能被监测孔1
中的声发射传感器3接收，监测孔1中采取支护措施避免孔壁破裂，
辅助孔2孔壁不进行支护处理，保持裸孔状态，围岩应力增加时孔壁
围岩微破裂状态不断发展变化，是动力灾害孕育演化过程的最直接反
映；辅助孔2的深度根据需监测围岩区域大小而定，监测孔1深度可
小于辅助孔2深度，辅助孔2与监测孔1间距及相对位置视岩性、作
业条件等确定；可采用一组监测孔1与辅助孔2，也可采用多组监测
孔1与辅助孔2，相邻辅助孔2的间距视岩体动力灾害倾向性而定，
危险区域应布设较密，形成巷道两帮实时监测网，但间距不应小于声
发射信号传播距离，避免相邻辅助孔2的监测信号相互干扰。
二、在监测孔1中布设声发射传感器3，每个监测孔1中布设3
个声发射传感器3，布设完成后将监测孔1孔口封闭；
三、根据灾害孕育演化不同阶段声发射事件对应阈值(图3)，
采用声发射实时采集监测系统，对围岩内部应力变化引起的辅助孔2
孔壁煤岩破裂事件进行动态监测，实现冲击地压动态预警。其中，如
图2所示，声发射实施采集监测系统中，接线盒4连接在声发射传感
器3和采集仪8之间，电源6通过供电线7给采集仪8供电，声发射
传感器3接收的信号经过接线盒4与信号线5传输至采集仪8，采集
仪8收集的信号再经数据传输系统9传输至监测主机10。
在实际操作过程中，现场试验不同深度处的监测孔1声发射信号
接收效果，确定辅助孔2与监测孔1的深度、辅助孔2与监测孔1的
间距、相邻辅助孔2的间距、声发射传感器3布设位置等参数。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做
出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。