KJ550在线监测系统在三河尖煤矿防冲中的应用

摘要： 徐州矿务集团三河尖煤矿是国内受冲击矿压危害最为严重的矿井之一，自1991年发生第一次冲击地压以来，已先后发生各类冲击地压事故31起，对冲击地压的治理已成为三河尖煤矿安全管理的重要内容。7439工作面使用的KJ550煤矿冲击地压监测系统，大大提高了三河尖煤矿冲击矿压预测预报准确性和冲击矿压防治水平，实现了安全回采，具有巨大的潜在社会效益和经济效益。

Abstract： Xuzhou Mining Group Sanhejian Coal Mine is one of the most serious imaged by the Mine Pressure. Since 1991， the first burst occurred， it has already happened all kinds of rock burst accident 31 onwards. The impact of governance on the ground pressure has became an important content of Sanhejian Coal Mine Safety Management. The KJ550 mine rockburst monitoring system used in the 7439 face greatly improved the accuracy and rock burst prevention and treatment of the Sanhejian forecasting rock burst. Achieve a safe recovery， with a huge potential social and economic benefits.

关键词： 孤岛；残采；在线监测；预警；卸压；效益

Key words： island；residual coal face recovering；online monitoring；early warning；pressure relife；benefit

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0327-02

1 概述

7439工作面位于东四采区，运输巷和切眼与7419工作面采空区相邻，轨道巷与F7断层（h=11m）相邻，该面的对面为7429工作面采空区，其下2m为东四轨道巷，煤层顶板为粉细砂岩，厚度14.4m。7439工作面三面环采空区，一面临采区断层，是典型的孤岛残采综放工作面。运用综合指数法评定指数为0.737，为中等（偏强）冲击危险。

2 KJ550冲击地压在线监测系统基本原理

2.1 岩层运动、支承压力、钻屑量与钻孔围岩应力之间的内在关系。KJ550煤矿冲击地压监测系统是基于当量钻屑量预报冲击地压的机理：发生冲击地压之前，采动应力存在逐步增加的过程，当应力必须达到煤体破坏极限时，就有可能发生冲击地压，此时钻屑量将超过额定的安全指标，因此，应力增量的变化规律与钻屑量存在相关性，通过监测应力增量的变化规律，实时在线监测工作面前方采动应力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预警和预报[1]。

2.2 监测系统包括三个主要组成部分：①地面监测主站；②井下监测分站（包括一个供电电源）；③压力传感系统。另外还包括接线盒、电缆、光缆等本质安全型连接部件以及相应的软件组成。

2.3 相对应力与绝对应力的关系。主要功能KJ550系统的压力传感器测得的是相对应力，它是支承压力与绝对钻孔围岩应力综合作用的结果。相对应力值和绝对应力值的关系如图1所示。可见，本系统的压力传感器揭示的支承压力峰值附近的应力变化情况，一般小于绝对应力。

由于应力增量可以实现实时在线监测，因此，可以通过监测应力增量，实现冲击地压的监测预警。监测系统具备以下功能：①根据在线监测处理软件，能够实时显示冲击危险区及其危险程度，具有三级预警。②具有在地面监控室远程诊断每一个井下传感器工作状况的功能。③具有预报顶板来压的分析功能和输出冲击危险性预警报表功能。

3 7439工作面测点布置

根据7439工作面的具体实际情况，在轨道巷布置9组测站，运输巷布置9组测站，每组测站包含两个测点，埋深为14m和8m，测点间距为1m，如图2所示，图中灰色线条表示测点，在7439两道分别从开切眼往外每隔20m布置一组测站，测点埋在回采工作面内，一次布置完9组测站；如图2所示7439工作面KJ550测点布置示意图。

4 7439工作面KJ550应力在线监测系统监测结果及防治情况分析

7439回采工作面是“孤岛残采”工作面，受断层构造应力、采空区残余应力和区段煤柱应力集中影响，回采过程中面内及两道超前50m范围板炮、煤炮频繁，强度大，且轨道侧巷道变形严重，底鼓较为明显，尤其2012年12月23日早班在轨道侧进尺点187m处进行煤粉检测时有连续的板炮和吸钻现象，且煤粉颗粒增大到3～4mm，该地段电磁监测数据最高时达到98mV，有趋增趋势。为预防冲击地压发生，在该地点及时实施煤层大孔径卸压，卸压解危后，动压显现有所趋减，但在2012年12月25日轨道巷侧推进142m时，第18号深孔检测点（孔深为14m）监测数据突然出现上升，由最初的8Mpa上升为15.3Mpa，然后持续上升到28.9Mpa，已超过冲击预警值15Mpa。25日早班实施煤层大孔径卸压时煤粉颗粒大，钻出的煤粉量达到10吨左右，动力显现较为明显，为进一步达到更好的卸压效果，于26日夜班在轨道巷18号进尺点10m范围内巷道两侧帮部布置6个卸压孔，实施煤层深孔卸载爆破，钻孔过程中伴有吸钻、板炮等动压显现，孔深7m时最大煤粉量为6.9Kg，卸压解危后，电磁辐射值和煤粉量均小于冲击预警值。

7439运输巷侧受邻近7419采空区残余应力和7419遗留煤柱停产线边界应力集中影响，加之工作面推进速度快，工作面后方采空区顶板垮落产生的压应力达到运输巷侧超前50m处，2013年1月1日运输巷推进172m时，运输巷的180m处的深孔、220m处的浅孔应力持续上升，分别为16.61Mpa、23.28Mpa。2日早班在7439运输巷应力在线监测异常测点附近1～2m范围实施煤粉监测，钻眼过程中有轻微吸钻、煤炮现象，最大煤粉量为3.5kg/m，为此，于2013年1月3日早班对7439运输巷内侧帮部布置4个卸压孔进行煤层深孔卸载爆破，降低了煤体积聚的弹性能和应力集中程度。

5 主要结论

通过利用冲击危险性影响因素的分析，以及利用采矿地质条件确定冲击危险综合指数和工作面实施的卸压解危措施，可以得到如下结论：①通过对冲击矿压发生的机理分析结果看，冲击矿压的发生是能量的积聚与释放的过程，而且均有一定的延时性，因此7439工作面的冲击矿压进行动态防治是完全可行的。②从电磁辐射和煤粉量监测数据可以看出，对7439工作面掘进和回采期间的冲击矿压动态防治是成功的，既保证了生产的安全，又没有影响生产进度。③有冲击危险的工作面通过煤体大直径钻孔卸压能够释放煤体中聚集的弹性能，降低其应力值，消除应力升高区，使煤体应力峰值向煤体深部转移，从而可有效地防治和减弱冲击矿压的危险性，达到防治冲击地压的目的。④通过KJ550煤矿冲击地压在线监测预警系统的应用，大大提高了三河尖煤矿冲击矿压监测预报准确程度及冲击矿压防治水平，成果具有较强的普遍性和可适用性，具有相当广泛的应用市场，具有巨大的潜在社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]北京安科KJ550煤矿冲击地压在线监测预警系统使用手册（2011版）.

[2]沈荣喜，张敬民，贝太伟.煤矿冲击地压监测和防治技术的研究现状及进展[J].铜业工程，2012（02）.

[3]宋振骐，卢国志，彭林军，汤建泉.煤矿冲击地压事故预测控制及其动力信息系统[J].山东科技大学学报（自然科学版），2006（04）.