劉飛

摘 要：由于沖擊地壓是非常復(fù)雜的，很難用單一的方法對沖擊地區(qū)進(jìn)行非常準(zhǔn)確的區(qū)域預(yù)警，應(yīng)該用多種方法進(jìn)行考慮，監(jiān)測預(yù)警參考多綜合因素，起到更具有科學(xué)性的預(yù)警；對現(xiàn)場的監(jiān)控預(yù)警方法進(jìn)行選擇時，應(yīng)根據(jù)動靜載疊加誘沖原理，再選擇合理的監(jiān)測方法，以振動場作為主要監(jiān)測對象或應(yīng)力場為主要監(jiān)測對象。

關(guān)鍵詞：煤礦；災(zāi)害監(jiān)測；沖擊地壓；預(yù)警技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.058

1 監(jiān)測預(yù)警技術(shù)與方法

1.1 多參量監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

煤巖的受壓破壞過程，對“震動場-應(yīng)力場”進(jìn)行多參數(shù)歸一化的監(jiān)測預(yù)警，在不同的發(fā)展階段，與煤巖微地震裂縫應(yīng)建立、聲、電等參數(shù)監(jiān)測、預(yù)測進(jìn)行的，分析預(yù)警方法響應(yīng)的預(yù)警方式是基于震動波CT、彈性波、沖擊波、鉆屑等綜合參數(shù)實時監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)力指標(biāo)；聲音，微震、電磁輻射和地音應(yīng)力波的監(jiān)測與預(yù)警。風(fēng)險的影響程度分為無沖擊危險，弱沖擊危險，中等沖擊危險，強(qiáng)沖擊危險四級，四級是統(tǒng)一通過風(fēng)險準(zhǔn)則的影響進(jìn)行劃分，將根據(jù)風(fēng)險程度的不同，采取相應(yīng)的對策。

1.2 應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)

以 “多因素耦合”和“當(dāng)量鉆屑量原理”的沖擊地壓危險性為基礎(chǔ)的確定方法，其基本原理是支撐壓力、鉆頭、鉆巖層運動和應(yīng)力之間的關(guān)系，通過實時在線監(jiān)測，采集動態(tài)應(yīng)力場的變化規(guī)律，然后發(fā)現(xiàn)歐洲高應(yīng)力區(qū)及其變化趨勢，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測和預(yù)報、巖破裂的危險區(qū)域的程度的危險預(yù)警。

1.3 電磁輻射監(jiān)測技術(shù)

煤在荷載作用下，巖石會變形破壞，并且生成電磁輻射，這一現(xiàn)象引發(fā)于應(yīng)力，由于應(yīng)力作用，對非均質(zhì)性煤巖體產(chǎn)生非均勻變速形變，從而導(dǎo)致這種情況，電磁輻射強(qiáng)度和脈沖與載荷和變形速度有關(guān)，載荷和變形的電磁波輻射強(qiáng)度和脈沖上升率將增加，煤巖試樣在沖擊破壞前，電磁輻射的強(qiáng)度一般會保持在一定的值，但是在沖擊破壞時，電磁輻射的強(qiáng)度會突然增加。煤的變形和破壞的電磁輻射和煤體的應(yīng)力狀態(tài)是耦合關(guān)系。為此，建立了電磁輻射的分類預(yù)報技術(shù)和監(jiān)測風(fēng)險的監(jiān)測技術(shù)。

1.4 電荷監(jiān)測技術(shù)

煤巖微破裂會導(dǎo)致摩擦作用共同產(chǎn)生煤巖變形破壞過程的電荷感應(yīng)信號和裂隙尖端電荷分離，其中電荷感應(yīng)強(qiáng)度與煤巖的負(fù)載增加的負(fù)荷有一定關(guān)系，電荷感應(yīng)信號會更強(qiáng)，在電荷感應(yīng)信號強(qiáng)度達(dá)到最大值的時候，煤巖破裂，電荷感應(yīng)信號強(qiáng)度后將逐漸減小。煤巖充量監(jiān)測技術(shù)基于巖爆的“失穩(wěn)機(jī)理”，且電荷感應(yīng)信號強(qiáng)度越強(qiáng)，巖爆發(fā)生的可能性越大。

2 應(yīng)用分析

在此，僅介紹“全頻廣域”震動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用。菏澤煤電公司兩礦井下工作面都安裝KJ550沖擊地壓監(jiān)測系、KBD5電磁輻射檢測儀，2017年3月安裝ARAMIS微震監(jiān)測系統(tǒng)，并于2017年4月調(diào)試形成“全頻廣域”震動監(jiān)測技術(shù)體系，實現(xiàn)寬頻（0.5—1500Hz）、廣域（回采工作面→礦井→礦區(qū)）監(jiān)測目的。

KJ550沖擊地壓監(jiān)測系根據(jù)煤巖體壓力的變化引起油囊內(nèi)壓力的變化，通過壓力變送器內(nèi)敏感元件轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給采顯一體儀，采顯一體儀通過接收到的模擬信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為最終壓力值并顯示出來，同時將信號處理后通過CAN總線傳輸?shù)骄路终?。分站將各采顯儀傳上來的數(shù)據(jù)以光、電的形式通過環(huán)網(wǎng)、光纖傳輸?shù)降孛娣终具M(jìn)行存儲、處理、展示。對回采工作面重點進(jìn)行壓力監(jiān)測的區(qū)域為工作面前方300m、兩條順槽向回采煤體一側(cè)8-25m范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測。

電磁輻射儀能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸、定向、區(qū)域及連續(xù)預(yù)測預(yù)測煤巖動力災(zāi)害，信號的采集、轉(zhuǎn)換、處理、存儲和報警由監(jiān)測儀自動完成；能夠?qū)崿F(xiàn)礦山?jīng)_擊礦壓的預(yù)測預(yù)報，煤與瓦斯突出的預(yù)測預(yù)報，其它煤巖災(zāi)害動力現(xiàn)象的預(yù)測預(yù)報，礦井工作面前方應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測，松動圈測量，周期來壓監(jiān)測，斷層活動監(jiān)測，頂板穩(wěn)定性監(jiān)測。

振動器接收振動事件并將其處理為數(shù)字信號，然后通過數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)送到地面。根據(jù)不同的監(jiān)測范圍，系統(tǒng)可以選擇不同的頻率范圍傳感器。數(shù)字通信系統(tǒng)采用長距離通信電纜實現(xiàn)三方向振動速率變化（x，y，z）的傳輸。該系統(tǒng)提供了通過24位σ-δΔ轉(zhuǎn)換器的振動信號的轉(zhuǎn)換和記錄。標(biāo)準(zhǔn)版系統(tǒng)軟件為每個通道提供一個通道監(jiān)測信號；可選3通道信號，為每個通道監(jiān)控使用非標(biāo)版軟件，實現(xiàn)三向監(jiān)測的微震活動。

自運行以來，采用“全頻廣域”震動監(jiān)測技術(shù)能有效記錄了礦區(qū)范圍內(nèi)的沖擊地壓、礦井范圍內(nèi)的礦震件爆破、工作面區(qū)域的巖層破裂與構(gòu)造等應(yīng)力大小變化，可根據(jù)一次次的沖擊地壓波形圖分析井下的地壓大小，實現(xiàn)有效的控制，如圖1所示。圖中D1、D2為臺站序號，UD、EW、NS分別代表垂直、東西、南北，根據(jù)波形圖可有效的進(jìn)行分析，論證，處理現(xiàn)場情況。

3 結(jié)論

沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警主要是從靜態(tài)的應(yīng)力場和振動場兩面，單一的方法難以達(dá)到?jīng)_擊準(zhǔn)確的預(yù)警，涉及多參數(shù)監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)的振動場和應(yīng)力場的各種方法相結(jié)合，可顯著提高沖擊地壓預(yù)警效果。

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