新立煤矿冲击地压监测技术与方法

金庆才

黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司新立煤矿 黑龙江七台河 154600

摘要：根据新立煤矿三水平91^#煤层目前冲击地压监测的相关条件，建立多手段和多参量的冲击地压综合监测体系。其中微震监测可以对全井田范围进行冲击地压动载荷的实时监测，而钻屑法和电磁辐射监测法可以针对圈定的重点危险区域进行监测，其中电磁辐射监测法操作简单、用时少、效率高，有利于生产现场冲击危险区域的有效监控。另外，钻屑法也可以作为一种检验手段，对监测效果进行验证或者在当前系统的监测盲区进行人工监测。

关键词：微震监测；钻屑法；电磁辐射

对冲击地压进行监测，必须弄清其发生的能量来源。根据冲击启动理论，冲击地压启动的能量来源主要分为两类，即采动围岩远场系统外集中动载荷和近场系统内集中静载荷。系统外集中动载荷包括了远场的或近场的厚硬岩层活动、采掘爆破等产生的冲击波，以采场大面积坚硬顶板断裂或上覆高位坚硬顶板断裂、底板断裂、井下爆破产生的瞬间压缩弹性能为主；系统内集中静载荷指采动影响产生应力场后，以顶底板断裂前产生的集中弯曲弹性能和采场围岩中的集中压缩弹性能为主。

通常情况下，冲击地压主要采用三种监测手段对诱发冲击地压的载荷来源进行分源监测：①微震监测系统来监测大范围的煤岩层断裂所产生的动载荷，监测范围可覆盖到整个井田区域，适用于区域大范围远场监测，实现长期危险趋势预测。②地音系统来监测小范围巷道围岩的微破裂，监测范围可覆盖到采掘工作面超前或滞后150m范围，适用于关键区域精细化监测及预警。③采动应力监测系统来实时监测巷道煤帮中产生的集中静载荷连续变化情况，不受人为因素影响。

根据新立煤矿现在具备的条件，选择微震监测、电磁辐射监测和钻屑法监测作为联合预警的三种监测手段，根据安全生产条件变化适时补充应力在线监测系统。

1微震监测法

微震监测法就是采用微震网络进行现场实时监测，通过提供震源位置和发生时间来确定一个微震事件，并计算释放的能量；进而统计微震活动性的强弱和频率，并结合微震事件分布的位置判断潜在的矿山动力灾害活动（冲击地压）规律，通过识别矿山动力灾害活动规律（冲击地压）实现危险性评价和预警。

1.1 微震安装布置

三水平90#煤层同时涉及一个回采工作面和两个掘进工作面，因此在工作面运输巷和回风巷各布置三个拾震器，在运输巷和回风巷距离工作面200m区域各安装一个微震探头，微震探头随工作面推进调整。通过监测记录微震次数和释放的能量以及对发生的微震信号及时进行准确定位等，明确工作面区域微震事件分布情况，及时为冲击地压的发生进行预警，监测解危措施实施效果等。

1.2微震监测预警指标

由于冲击地压的复杂性，上述研究内容与方法在原理及实际工作中还应结合现场情况，积极总结规律，在系统运行以后，通过一段时间的数据总结分析，可以实现采用统计方法进行冲击地压的监测预警。

1.3微震预警后的处置措施

监测过程中，如果采掘工作面周围的微震能量超过临界值，或微震能量、频次出现异常，或向某个区域集中时，判定存在冲击地压危险，应及时进行解危治理，必要时可采取爆破卸压措施，直至监测恢复正常。

2 电磁辐射监测方法

煤岩体产生电磁辐射，源于煤岩体的非均质性，是由应力作用下煤岩体中产生非均匀变速形变引起的。电磁辐射和煤的应力状态有关，应力越高时电磁辐射信号就越强，电磁辐射脉冲数就越大。应力越高，突出危险越大。根据冲击危险性评价结论，新立煤矿三水平91#煤层具有弱冲击危险，建议在工作面回采中，采用电磁辐射监测方法进行检测。检测方法以三水平右一片工作面为例。

2.1检测地点布置

初步在三水平右一片工作面电磁辐射仪对回采工作面上巷60m范围及工作面30m处每天检测一次。上巷每5m取点检测、工作面每5m取点检测，每点检测时间均为1分钟。

2.1电磁辐射监测预警指标

电磁辐射预报指标有幅值平均值、幅值最大值、脉冲数，首先分别标定三个预报参数的平均值，取平均值的1.3倍作为预警临界值。当电磁辐射强度或脉冲数超过设定的预警临界值时，判定为存在冲击危险。

电磁辐射监测方法在进行预警时，阈值的设定需根据冲击地压理论和煤矿现场的实际条件进行综合确定，初始预警值的确定参考以往监测数据，在采掘期间，预警值应根据初期应用效果不断优化。地面监控中心人员通过该功能可及时掌握采掘工作面冲击地压发生可能性，为科学组织避灾及针对性解危提供依据。

3 钻屑法监测

钻屑法是通过在煤层中打直径为42～45mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险的一种方法。

3.1检测孔布置

采煤：检测孔布置在回风顺槽巷道下帮及回采工作面受采动影响区域；

掘进：一般在迎头布置三个检测孔，具有冲击危险的应在巷道上下帮布置检测孔。

3.2施工方法

采用手持式气动钻机施工监测钻孔，采用插销式联接的麻花钻杆，每节长1m，Φ42mm的钻头，钻孔方向沿煤层方向垂直巷帮，钻孔施工过程中不得来回进、退钻，每钻进1米深度，钻机要实施空转，以使煤粉全部排出。用胶织袋或塑料布等收集钻出的煤粉，用秤称量煤粉的重量，每钻进1m测量1次钻屑量。

3.3冲击危险的判定及钻屑量临界指标

在施工钻屑孔过程中，如果任何一个钻孔煤粉量超过临界煤粉量，或者出现吸钻、卡钻、诱发煤爆、孔内冲击、等现象时，则可判定该地点煤体已具有冲击危险，必须及时上报并采取解危措施。

在采区工作面掘进前首先在监测区域以外，在不受采动影响的附近煤层巷道中，最少施工5个钻孔，直径42mm，深度不低于6~8m，间距不小于5~10m，记录每孔每米钻屑量，画出正常钻屑量曲线，然后用加权平均法对其进行处理，作为标准钻屑量，在此基础上，确定冲击地压危险的钻屑量临界值。

如果实际煤粉量超过临界煤粉量，或者在钻进过程中出现卡钻、吸钻、煤炮增多等动力现象，则可判定所测地点存在冲击危险，必须采取解危措施。

4小结

对于新立煤矿三水平91#煤层工作面冲击地压防治工作，在分析冲击地压发生机理的基础上，采用时间上早期综合分析与即时监测预警相结合，空间上区域预测与局部监测、点监测相结合，构成可靠性高、简单易行的冲击地压危险性监测技术体系。依据分析监测预警的结果，确定冲击地压危险程度等级，即无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险和强冲击危险。根据冲击地压危险的不同等级，采用相应的解危和处理方案。

参考文献：

1. 赵志强.煤层群开采冲击地压监测与防治技术研究[J].当代化工研究,2019(08):104-105.

2. 林治国.掘进工作面冲击地压监测预警技术的探索与应用[J].山东煤炭科技,2019(06):160-162.[

3. 谭云亮,郭伟耀,辛恒奇,赵同彬,于凤海,刘学生.煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究[J].煤炭学报,2019,44(01):160-172.

作者简介：金庆才，男，1971年12月出生，1994年7日毕业于黑龙江矿业学院采矿工程专业，现任黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司新立煤矿总工程师。