煤礦工作面動力災害綜合預警方式

摘 要：通過多種地壓監測方式對某礦綜放工作面形成綜合監測預警系統，并對監測結果進行分析，并與回采過程中的地壓事件進行對比研究，發現監測預警結果與地壓顯現的實際情況吻合度高。通過監測結果的分析研究，得出礦震的誘因為堅硬厚層頂板、向斜構造軸部，以及采空區上方頂板斷裂的控制作用，具有周期性。

關鍵詞：地壓監測；巷道位移；微地震；采空區

沖擊地壓預報是采礦領域的世界性難題[1～3]，到目前為止，還沒有一種普遍實用的預報方法。國內外對沖擊地壓監測預報方法主要有聲發射與微震監測法、地球物理監測法、應力監測法、開采判定法、鉆屑法、流動地音檢測法、頂板動態法、煤層含水量變化觀測法、煤層圍巖壓力觀測法和錘擊波速法等等[4，5]。

在沖擊地壓的預測預報中，由于沖擊地壓發生的隨機性和突發性，以及破壞形式的多樣性，單憑一種方法往往效果較差。應根據具體情況，在分析地質條件和生產技術條件的基礎上，采用多種方法進行綜合預測預報。這已成為目前沖擊地壓預測預報的主要途徑。

1 綜放工作面動力災害監測預警方案

根據綜采工作面礦震（沖擊地壓）的可能機理和巖層結構、運動階段與誘發礦震（沖擊地壓）的關系模式，逐步建立起了符合鮑店礦條件的礦震和沖擊地壓危險性監預警測技術。具體技術路線見圖1。

1.1 鉆孔應力計監測

1.2 鉆屑法監測

采用常規鉆屑法進行沖擊地壓危險性監測。自工作面切眼外50m開始，向外直至工作面停采位置外80m。對工作面煤壁以外120m范圍內上順下幫、下順上幫進行煤粉量監測，作為監測和評價沖擊地壓危險性的基礎數據之一。

1.3 巷道位移監測

在可能發生礦震和發生沖擊地壓的區域，軌道順槽受到附近采空區影響可能誘發軌巷垮塌，為了提前作出判斷，需要在布置鉆孔應力計對應的位置，設置兩幫和頂底板位移變形監測點，作為監測預警動力災害輔助手段，進行預警，必要時要進行加固。

1.4 電磁輻射儀監測

在工作面回采過程中，采用電磁輻射法為輔助手段，對工作面沖擊地壓危險性進行監測，以更好的測定工作面高應力區域。

在上、下順槽自工作面切眼外50m開始，采用KBD5礦用本安型電磁輻射儀進行監測，向外直至工作面停采位置外80m。對工作面煤壁以外120m范圍內上順下幫、下順上幫進行沖擊地壓監測。檢測人員要詳細的記錄每個測點監測過程中出現的外界因素影響情況。

1.5 微地震系統監測

借助于微地震監測系統，實時采集微震信號，反分析工作面覆巖破裂位置，分析工作面附近區域的應力分布，預測、預防沖擊地壓或礦震的發生。

2 監測預警與檢驗

根據上述的監測預警技術路線以及設置的監測措施，在工作面回采過程中主要的監測動態信息監測手段鉆孔應力計監測、鉆屑法監測以及巷道位移監測。

2.1 鉆孔應力計監測預警

在工作面回采期間，通過對鉆孔應力計讀數變化的分析，發現工作面前方的鉆孔應力計的讀數一直未出現明顯的變化和增值，說明卸壓鉆孔的卸壓效果起到了作用，工作面不具備發生沖擊地壓的應力條件。

其它幾組鉆孔應力計的情況與上述軌道順槽第二組的情況基本相同，在工作面回采過程中以及礦震發生前均未出現應力的異常增大，由此便可初步判斷工作面附件不具有發生沖擊地壓的應力條件。

2.2 鉆屑法監測預警

根據監測方案的設計要求，對工作面煤壁前方進行煤粉量監測，作為監測和評價沖擊地壓危險性的基礎數據之一。

在該工作面回采期間，生產準備隊在工作面檢修期間，在工作面前方打鉆屑孔進行鉆屑檢驗。表1為兩次礦震發生時，工作面前方的鉆屑量。

2.3 巷道位移監測預警

在可能發生礦震和發生沖擊地壓的區域，軌道順槽受到附近采空區影響可能誘發軌巷垮塌，為了提前作出判斷，需要在布置鉆孔應力計對應的位置，設置兩幫和頂底板位移變形監測點，作為監測預警動力災害輔助手段，進行預警，必要時要進行加固。其中某個測點的變形量如圖4所示。

經過監測表明，在工作面回采期間，軌道順槽的頂、幫位移變化不大，兩幫位移也在安全范圍內，這與之前對軌道順槽不會發生垮塌的預測是相符的。

3 監測預警與檢驗分析研究

3.1 預測與實際結果的對比

基于覆巖空間結構理論對礦震的預測：在工作面回采之前，根據上述的覆巖運動和應力估算分析，將工作面分為五個危險區：第一危險區位于切眼附近，第二危險區距切眼50～70m，第三危險區距切眼150～250m，第四危險區距切眼250～400m，第五危險區位于工作面停采線附近區域。

預測與實際結果的對比分析：在工作面回采過程中，經過集團公司地震臺的監測，共發生有感礦震57次，其中震級在1～2級的礦震7次，2～3級礦震34次，3級以上礦震16次。與監測結果對比后得到：礦震實際發生情況與預測結果基本吻合。

3.2 礦震發生的基本規律研究

根據覆巖空間結構理論和礦山壓力規律，以及該工作面實際發生礦震的情況，得到了該工作面發生原因和基本規律：

（1）發生礦震的主要原因是不同高度處堅硬厚層頂板的斷裂震動，控制因素是側向工作面采空區上方頂板的斷裂。因此，礦震的發生具有周期性。

（2）發生礦震的地質因素：一是該工作面處于向斜構造軸部，工作面周圍地應力很高，二是煤層上方存在堅硬厚層頂板。

4 結論

經過現場監測結果的分析，得出以下重要結論：

（1）礦震并不直接影響工作面附近鉆孔應力計的數據，即鉆孔應力計的數據不能預警礦震，而只能預警沖擊地壓。

（2）在工作面的回采過程中，通過鉆孔應力計和鉆屑法的監測預警均未發現工作面有沖擊危險性，而工作面的安全回采也證明了監測結果的正確。

（3）礦震的主要誘因是堅硬厚層頂板、向斜構造軸部，以及采空區上方頂板斷裂的控制作用，具有周期性。

參考文獻

[1]譚云亮，王春秋等.沖擊地壓災害非線性預測理論[D].中國科學技術出版社，2000：672

[2]趙同彬，譚云亮等.大臺井深部水平巖爆的地質力學機理分析[J].煤炭學報，2010，35（12）：2039-2044

[3]肖清，吳速英.地壓監測系統的設計與應用[J].金屬礦山，2008（6）：80-81

[4]周鑫龍，楊令杰.礦山地壓及其監測和控制研究[J].礦業工程，2005（5）：6-8.

[5]趙斌，李秋等.礦井深部開采沖擊地壓發生的規律及影響因素[J].煤炭工程，2005（11）：52-54.