煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究

摘 要：由于冲击地压是非常复杂的，很难用单一的方法对冲击地区进行非常准确的区域预警，应该用多种方法进行考虑，监y预警参考多综合因素，起到更具有科学性的预警；对现场的监控预警方法进行选择时，应根据动静载叠加诱冲原理，再选择合理的监测方法，以振动场作为主要监测对象或应力场为主要监测对象。

关键词：煤矿；灾害监测；冲击地压；预警技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.058

1 监测预警技术与方法

1.1 多参量监测预警技术

煤岩的受压破坏过程，对“震动场-应力场”进行多参数归一化的监测预警，在不同的发展阶段，与煤岩微地震裂缝应建立、声、电等参数监测、预测进行的，分析预警方法响应的预警方式是基于震动波CT、弹性波、冲击波、钻屑等综合参数实时监测预警和应力指标；声音，微震、电磁辐射和地音应力波的监测与预警。风险的影响程度分为无冲击危险，弱冲击危险，中等冲击危险，强冲击危险四级，四级是统一通过风险准则的影响进行划分，将根据风险程度的不同，采取相应的对策。

1.2 应力监测技术

以 “多因素耦合”和“当量钻屑量原理”的冲击地压危险性为基础的确定方法，其基本原理是支撑压力、钻头、钻岩层运动和应力之间的关系，通过实时在线监测，采集动态应力场的变化规律，然后发现欧洲高应力区及其变化趋势，从而实现实时监测和预报、岩破裂的危险区域的程度的危险预警。

1.3 电磁辐射监测技术

煤在荷载作用下，岩石会变形破坏，并且生成电磁辐射，这一现象引发于应力，由于应力作用，对非均质性煤岩体产生非均匀变速形变，从而导致这种情况，电磁辐射强度和脉冲与载荷和变形速度有关，载荷和变形的电磁波辐射强度和脉冲上升率将增加，煤岩试样在冲击破坏前，电磁辐射的强度一般会保持在一定的值，但是在冲击破坏时，电磁辐射的强度会突然增加。煤的变形和破坏的电磁辐射和煤体的应力状态是耦合关系。为此，建立了电磁辐射的分类预报技术和监测风险的监测技术。

1.4 电荷监测技术

煤岩微破裂会导致摩擦作用共同产生煤岩变形破坏过程的电荷感应信号和裂隙尖端电荷分离，其中电荷感应强度与煤岩的负载增加的负荷有一定关系，电荷感应信号会更强，在电荷感应信号强度达到最大值的时候，煤岩破裂，电荷感应信号强度后将逐渐减小。煤岩充量监测技术基于岩爆的“失稳机理”，且电荷感应信号强度越强，岩爆发生的可能性越大。

2 应用分析

在此，仅介绍“全频广域”震动监测技术的应用。菏泽煤电公司两矿井下工作面都安装KJ550冲击地压监测系、KBD5电磁辐射检测仪，2017年3月安装ARAMIS微震监测系统，并于2017年4月调试形成“全频广域”震动监测技术体系，实现宽频（0.5―1500Hz）、广域（回采工作面矿井矿区）监测目的。

KJ550冲击地压监测系根据煤岩体压力的变化引起油囊内压力的变化，通过压力变送器内敏感元件转换为电信号传递给采显一体仪，采显一体仪通过接收到的模拟信号进行处理，转换为最终压力值并显示出来，同时将信号处理后通过CAN总线传输到井下分站。分站将各采显仪传上来的数据以光、电的形式通过环网、光纤传输到地面分站进行存储、处理、展示。对回采工作面重点进行压力监测的区域为工作面前方300m、两条顺槽向回采煤体一侧8-25m范围内进行监测。

电磁辐射仪能够实现非接触、定向、区域及连续预测预测煤岩动力灾害，信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成；能够实现矿山冲击矿压的预测预报，煤与瓦斯突出的预测预报，其它煤岩灾害动力现象的预测预报，矿井工作面前方应力状态的监测，松动圈测量，周期来压监测，断层活动监测，顶板稳定性监测。

振动器接收振动事件并将其处理为数字信号，然后通过数字通信系统发送到地面。根据不同的监测范围，系统可以选择不同的频率范围传感器。数字通信系统采用长距离通信电缆实现三方向振动速率变化（x，y，z）的传输。该系统提供了通过24位σ-δΔ转换器的振动信号的转换和记录。标准版系统软件为每个通道提供一个通道监测信号；可选3通道信号，为每个通道监控使用非标版软件，实现三向监测的微震活动。

自运行以来，采用“全频广域”震动监测技术能有效记录了矿区范围内的冲击地压、矿井范围内的矿震件爆破、工作面区域的岩层破裂与构造等应力大小变化，可根据一次次的冲击地压波形图分析井下的地压大小，实现有效的控制，如图1所示。图中D1、D2为台站序号，UD、EW、NS分别代表垂直、东西、南北，根据波形图可有效的进行分析，论证，处理现场情况。

3 结论

冲击地压的监测预警主要是从静态的应力场和振动场两面，单一的方法难以达到冲击准确的预警，涉及多参数监测与预警技术的振动场和应力场的各种方法相结合，可显著提高冲击地压预警效果。

参考文献：

[1]蓝航，陈东科，毛德兵.我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J].煤炭科学技术，2016，44（01）：39-46.

[2]潘一山，赵扬锋，李国臻.冲击地压预测的电荷感应技术及其应用[J].岩石力学与工程学报，2012，31（S2）：3988-3993.

[3]姜耀东，潘一山，姜福兴等.我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报，2014，39（02）：205-213.