CN102644482B - 冲击地压预测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲击地压预测预警方法，有效解决准确预测预警冲击地压，确保煤矿安全生产的问题，方法是，对整个煤田进行矿震监测，并定位震级，对于整个矿区矿震发生、运动规律进行分析；在采矿区上下山及运输大巷安装波兰微震系统，实施在线连续监测；在工作面安装微震系统探头，在工作面重点防冲区域安装微震监测探头，实施布控，在煤壁或顶板中钻孔，将探头放入孔底与孔壁，利用电磁辐射仪对工作面回风巷、运输巷进行电磁辐射监测，在重点防冲区域安置监测探头布控，监测矿压，将监测得到的参数输入计算机进行综合分析，实现准确预测冲击地压，本发明集多项监测为一体，提高准确率，为消除冲击地压条件、减少冲击地压造成的损失提供了技术保障。

Description

冲击地压预测预警方法

技术领域

本发明涉及采矿行业在强冲击地压危险区预测预警的一种冲击地压预测预警方法。

背景技术

煤矿开采达到一定深度时，由于地应力、采动应力及构造应力的共同作用，大多数矿井不同程度地受到冲击地压的威胁。

多数矿井已进入深部开采，加上煤层本身的冲击倾向性、开采技术条件及地质因素，冲击地压显现日益严重，随着开采深度的增加，冲击地压显现越来越频繁。冲击强度与破坏程度越来越大，特别是开采深度达到地表500m以下时发生尤为频繁和强烈，严重威胁安全生产。

预测预警是冲击地压防治工作的重要组成部分，它对指导采取区域性防范措施和局部性解危措施具有十分重要的意义。目前仅采用KBD-5电磁辐射仪器对冲击地压危险性进行预测，没有形成综合的预测预警方法，而电磁辐射仪器的抗干扰性和临界指标都还需要做进一步的研究，因此造成准确率偏低。影响煤矿的安全生产，因此，冲击地压矿井预测预警方法上的改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种冲击地压预测预警方法，可有效解决准确预测预警冲击地压，确保煤矿安全生产的问题。

本发明解决的技术方案是，采用冲击地压预测预警三级体系，分别对矿区监测、采区监测和工作面监测，矿区监测实现对矿震监测，采区监测结合工作面监测实现对采区微震监测，工作面监测包括微震监测、地音监测、电磁辐射监测、矿压监测和钻屑法监测，所述的矿区监测又称一级监测，对整个煤田进行矿震监测，并定位震级，对于整个矿区矿震发生、运动规律进行研究分析；

采区监测又称二级监测，采用波兰微震系统（ARAMIS)，在采矿区上下山及运输大巷安装，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测；

工作面监测又称三级监测，包括：

（1）波兰微震系统（ARAMIS)：在工作面安装波兰ARAMIS微震系统探头，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测；

（2）加拿大微震监测系统（ESG）：在工作面重点防冲区域安装加拿大ESG微震监测探头，实施布控，在线连续监测重点防冲区域微震事件情况及变化规律；

（3）地音监测（ARES-5/E）：在煤壁或顶板中钻孔，将探头放入孔底与孔壁（底）耦合良好，通过煤岩体声发射频率和能率等参数的统计分析，了解声发射在冲击地压前的活动规律及特征，从而实现对冲击地压灾害的预测；

（4）电磁辐射监测预警（KBD-5）：利用KBD-5型电磁辐射仪对工作面回风巷、运输巷进行电磁辐射监测；测点布置在工作面回风巷的下帮和运输巷的上帮，每个测点监测2分钟，每天监测1次；当某一测点监测遇到干扰值偏大时，应在此点排除干扰的情况下重新监测，确认是否正常；

（5）电磁辐射在线监测预警（KBD-7）：在重点防冲区域按技术要求安置监测探头布控，实施在线连续监测，并由专人负责值班查看电磁辐射强度变化，随时进行技术分析；

（6）矿压监测系统：综采支架工作阻力监测系统用于煤矿工作面的支护工作阻力在线监测，顶板离层报警监测子系统主要用于煤矿巷道顶板及围岩深部松动和离层监测，钻孔超前应力监测是测量因采动影响煤层或岩层内部应力场的变化，是研究采场动压作用规律的重要手段之一，可用于采场冲击低压初期预测和趋势分析；

（7）钻屑法：钻屑法是通过对监测出的危险区域巷道两帮打钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险；

对矿区监测、采区监测、工作面监测得到的参数输入计算机，利用计算机软件进行综合分析，实现准确预测预警冲击地压，确保矿区的安全生产。

本发明集矿震监测、微震监测、电磁辐射、矿压监测、钻粉率指标等多项监测手段为一体的综合监测方法，能够实现 “矿区监测、采区监测、工作面监测” 的复合监测，健全多参数综合分析、预测预警体系，提高预测预报准确率，为消除冲击地压条件、减少冲击地压造成的损失提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明冲击地压预测预警三级体系的框示图。

图2为本发明采煤工作面波兰微震系统（ARAMIS) 布置图。

图3为本发明采煤工作面加拿大微震监测系统（ESG）布置图。

图4为本发明采煤工作面地音监测系统（ARES-5/E）布置图。

图5为本发明采煤工作面电磁辐射监测预警（KBD-5）布置图。

图6为本发明采煤工作面电磁辐射在线监测预警（KBD-7）布置图。

图7为本发明采煤工作面矿压监测布置图。

图8为本发明采煤工作面钻屑孔布置剖面图。

具体实施方式

以下结合具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-8给出，本发明在具体实施时，是由以下方法实现的：

本发明采用三级体系进行冲击地压预测预警，三级体系包括一级矿区监测、二级采区监测、三级工作面监测；

一级矿区监测采用矿井震动检测仪或矿用煤岩体震动信号监测仪对矿区矿震进行监测，并定位震级，对于整个矿区矿震发生、运动规律进行研究分析；

二级采区监测是采用波兰微震系统（ARAMIS)对采区及工作面微震进行监测，在采区上下山及运输大巷安装波兰ARAMIS微震系统探头实施布控，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测；

三级工作面监测方法是：

（1）波兰微震系统（ARAMIS)监测：在采煤工作面1的停采线3两端的回风巷2和运输巷4处分别交错各设两个波兰ARAMIS微震系统分站5的微震系统探头，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测（见图2所示）；

（2）微震监测：在工作面重点防冲区域安装加拿大微震监测系统（ESG），实施布控，在工作面1停采线3回风巷下2帮、运输巷4的巷道顶板上每200m安装加拿大ESG微震监测探头6，成“品”字型布置，实现对工作面的矿震信号进行远距离、实时、动态、自动监测（见图3所示）；

（3）地音监测：采用地音监测系统（ARES-5/E），在采煤掘进期间，窝头向外50m、100m处各布置一个地音仪探头7a、7b，全天时对该地区进行监测，对已划分的冲击地压危险区域进行分区段重点监测，采煤期间超前工作面100m处布置一个地音仪探头7d，超前工作面250m处布置一个地音仪探头7c（见附图4所示），对地音进行实时监测；

（4）电磁辐射监测预警：包括电磁辐射监测预警（KBD-5）和电磁辐射在线监测预警（KBD-7），其中，A、电磁辐射监测预警是，采煤掘进期间窝头布置2个电磁辐射监测预警监测点（分站）8，距上、下帮各0.5m，向外前100m，每10m布置一个电磁辐射监测预警监测点，后200m每20m布置一个电磁辐射监测预警监测点，对已划分的冲击地压危险区域进行分区段监测；采煤期间由距工作面20m的位置开始往外布置测点，工作面超前100m，每10m布置一个测点，100m往外根据微震监测系统和应力监测系统对冲击地压危险区域9进行重点监测，每隔20m布置一个测点（见图5所示）；

B、电磁辐射在线监测预警：采煤掘进期间在运输巷滞后掘进头50-100m位置安设电磁辐射监测仪（KBD-7）10一部，掘进头的电磁辐射仪紧跟窝面向前移动，采煤期间在回风巷、运输巷面前50-100m，运输巷保护煤柱位置各安设KBD-7电磁辐射监测仪一部（见图6所示）；

（5）矿压监测：在工作面的液压支架、回风巷、运输巷超前顶板和上帮安装矿压监测系统实施布控，矿压监测系统包括安装在运输巷内的工作面压力总机14、超前支护总机15、钻孔应力计总机16、钻孔应力计分站17、超前支护分站11、超前支护分机12、工作面压力分站13和运输巷与回风巷之间的工作面压力分机19，经电缆18与三级工作面监测控制中心连接（见图7所示）；

（6）钻屑法：从工作面第4m（第4杆）到第10m（第10杆）依次在巷道顶板21和巷道底板20之间的煤体上用钻眼机（或钻孔机）进行钻眼取屑，钻眼23深度10m，间距5m，每米称重一次，当出现煤粉重量达到或超过临界指标时，要立即把该钻孔深度延伸至20m，然后进行卸压爆破（见图8所示）；

将上述三级监测得所得到的信息数据输入计算机，利用计算机软件对所得数据进行综合分析，从而准确的给出冲击地矿地压的实际情况，保证采矿的安全生产。

由上述情况可以清楚的看出，本发明集矿震监测、微震监测、电磁辐射、矿压监测、钻粉率指标等多项监测手段为一体的综合监测方法，能够实现 “矿区监测、采区监测、工作面监测” 的复合监测，健全多参数综合分析、预测预警体系，提高预测预报准确率，为消除冲击地压条件、减少冲击地压造成的损失提供了技术保障，并在3年内，经三门峡地区多个煤矿反复多次试用，均取得了很好的效果，准确率达到98%以上，防止发生灾害事故18次以上，有效保证了避免人员伤亡和财产损失，表明本发明方法稳定可靠，准确率高，是煤矿生产中冲击地压预测预警方法上的创新，经济和社会效益巨大。

Claims (1)

1.一种冲击地压预测预警方法，其特征在于，采用三级体系进行冲击地压预测预警，三级体系包括一级矿区监测、二级采区监测、三级工作面监测；

一级矿区监测采用矿井震动检测仪或矿用煤岩体震动信号监测仪对矿区矿震进行监测，并定位震级，对于整个矿区矿震发生、运动规律进行研究分析；

二级采区监测是采用波兰微震系统对采区及工作面微震进行监测，在采区上下山及运输大巷安装波兰ARAMIS微震系统探头实施布控，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测；

三级工作面监测是：

（1）波兰微震系统监测：在采煤工作面（1）的停采线（3）两端的回风巷（2）和运输巷（4）处分别交错各设两个波兰ARAMIS微震系统分站（5）的微震系统探头，对高位岩层的低频、高能量大微震事件实施在线连续监测；

（2）微震监测：在工作面重点防冲区域安装加拿大微震监测系统，实施布控，在工作面（1）停采线（3）回风巷（2）下帮、运输巷（4）的巷道顶板上每200m安装加拿大ESG微震监测探头（6），成“品”字型布置，实现对工作面的矿震信号进行远距离、实时、动态、自动监测；

（3）地音监测：采用地音监测系统，在采煤掘进期间，窝头向外50m、100m处各布置一个地音仪探头（7a、7b），全天时对该地区进行监测，对已划分的冲击地压危险区域进行分区段重点监测，采煤期间超前工作面100m处布置一个地音仪探头（7d），超前工作面250m处布置一个地音仪探头（7c），对地音进行实时监测；

（4）电磁辐射监测预警和电磁辐射在线监测预警，其中，A、电磁辐射监测预警是，采煤掘进期间窝头布置2个电磁辐射监测预警监测点（8），距上、下帮各0.5m，向外前100m，每10m布置一个电磁辐射监测预警监测点，后200m每20m布置一个电磁辐射监测预警监测点，对已划分的冲击地压危险区域进行分区段监测；采煤期间由距工作面20m的位置开始往外布置测点，工作面超前100m，每10m布置一个测点，100m往外根据微震监测系统和应力监测系统对冲击地压危险区域（9）进行重点监测，每隔20m布置一个测点；

B、电磁辐射在线监测预警：采煤掘进期间在运输巷滞后掘进头50-100m位置安设电磁辐射监测仪（10）一部，掘进头的电磁辐射仪紧跟窝面向前移动，采煤期间在回风巷、运输巷面前50-100m，运输巷保护煤柱位置各安设KBD-7电磁辐射监测仪一部；

（5）矿压监测：在工作面的液压支架、回风巷、运输巷超前顶板和上帮安装矿压监测系统实施布控，矿压监测系统包括安装在运输巷内的工作面压力总机（14）、超前支护总机（15）、钻孔应力计总机（16）、钻孔应力计分站（17）、超前支护分站（11）、超前支护分机（12）、工作面压力分站（13）和运输巷与回风巷之间的工作面压力分机（19），经电缆（18）与三级工作面监测控制中心连接；

（6）钻屑法：从工作面第4m到第10m依次在巷道顶板（21）和巷道底板（20）之间的煤体上用钻眼机进行钻眼取屑，钻眼（23）深度10m，间距5m，每米称重一次，当出现煤粉重量达到或超过临界指标时，要立即把该钻孔深度延伸至20m，然后进行卸压爆破；

将上述三级监测得所得到的信息数据输入计算机，利用计算机软件对所得数据进行综合分析，从而准确的给出冲击地矿地压的实际情况，保证采矿的安全生产。

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