錢紅亮，張時偉

(河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454003)

近年來，隨著礦井開采深度和開采強度不斷加大，沖擊地壓災害嚴重，某煤礦21141綜放工作面開采深度已達640 m，頂板有巨厚的礫巖層，再加上超長的大孤島工作面等特點，使工作面由于采動所造成的微震事件頻發(fā)，隨時可能發(fā)生沖擊地壓，嚴重地威脅著工作面的安全生產。通過KBD－5電磁輻射監(jiān)測儀對沖擊地壓發(fā)生前所監(jiān)測到的微震事件電磁輻射值的變化進行分析研究［1］，總結沖擊地壓發(fā)生前微震事件電磁輻射信號的變化規(guī)律，對及時有效地采取措施防治沖擊地壓具有重要的理論價值和實際意義［2］。

1 設備布置

KBD－5型電磁輻射儀在工作面掘進過程中，對整條巷道進行監(jiān)測(見圖1和圖2)，其中，每條巷道設置40個測點，每個測點監(jiān)測2 min，監(jiān)測頻率為每天1次，監(jiān)測掘進中的巷道煤巖體電磁輻射的變化規(guī)律，及時對監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)進行整理分析，進而對沖擊危險性進行合理預測，以評估掘進巷道發(fā)生沖擊災害的危險程度，21141工作面上下巷的日常定點巡回監(jiān)測，測點布置在工作面上巷的下幫和下巷的上幫，上下巷均由距工作面煤壁的位置開始往外布置測點(或根據(jù)工作面煤炮情況及工作面地質預報在掘進工作面正前布置2個測點)，前100 m每10 m布置1個測點，100 m往外每隔20 m布置1個測點，每個測點監(jiān)測2 min。每天有專業(yè)人員對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析，對沖擊危險性進行預測預報。對危險區(qū)域及時采取解危措施，解危后，利用電磁輻射監(jiān)測儀進行解危效果檢驗，直至危險解除。

圖1 21141掘進工作面上巷測點布置圖

圖2 21141掘進工作面下巷測點布置圖

2 工作原理

雖然沖擊地壓的發(fā)生具有突然性，但其發(fā)生前煤巖的變形和彈性能的儲存卻不是在短暫的時間內完成的，而是一個動態(tài)演化過程，在該過程中煤巖體不同程度地受載變形破壞向外輻射的電磁強度不同，該監(jiān)測儀器是通過接收不同的電磁能量，探測煤巖體的變形破裂過程［3，4］。利用KBD－5系統(tǒng)分析軟件將各原始數(shù)據(jù)進行連接，在連接中使用按時間連接的方式，也就是將相同地點不同時間所測得的電磁輻射數(shù)據(jù)進行連接。這樣可以看到某一地點由電磁輻射強度和脈沖數(shù)所反映出的煤巖應力情況。電磁輻射強度主要反映煤巖體的受載程度及變形破裂強度，脈沖數(shù)主要反映煤巖體變形及微破裂的頻次。在通常情況下，多以電磁輻射強度為主要分析指標，脈沖數(shù)為輔助分析指標。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 危險區(qū)域的預測

KBD－5電磁輻射監(jiān)測儀在21141掘進工作面下巷收集到的具有代表意義的電磁輻射數(shù)據(jù)見圖3～5。

圖3 測點電磁輻射測試趨勢曲線1圖

圖4 測點電磁輻射測試趨勢曲線2圖

圖5 測點電磁輻射測試趨勢曲線3圖

由圖3～5，在21141掘進工作面下巷測試的數(shù)據(jù)可知，在迎頭50 m范圍測試數(shù)據(jù)趨勢有明顯變化，測試數(shù)據(jù)數(shù)值與其它點相比，數(shù)值較高，也就是該段區(qū)間煤巖承載較高，后期需要對該點進行加強觀測。而且，在趨勢預測預報中，21141掘進工作面下巷迎頭50 m范圍位置為該測試區(qū)域的主要趨勢參考區(qū)域。以上3圖對比分析，發(fā)現(xiàn)圖5測試數(shù)據(jù)數(shù)值較高，波動性較強，相對于圖3、圖4，更具有沖擊危險性。

通過對圖3～5的分析，可以發(fā)現(xiàn)利用電磁輻射技術，將同一時間段內不同測點數(shù)據(jù)連接后，根據(jù)數(shù)據(jù)的大小，綜合測點處的地質資料可以對測試區(qū)域煤巖承載情況及沖擊危險性作出判斷。同時，綜合多日數(shù)據(jù)，利用比照法，能夠發(fā)現(xiàn)應力隨采掘等因素影響出現(xiàn)的應力轉移。

另外，可以通過1個區(qū)段多測點數(shù)據(jù)的再次均化，實現(xiàn)對1個待分析區(qū)域的預測預報。通過區(qū)段分析，沖擊地壓的危險性分析會更為準確。

3.2 沖擊地壓發(fā)生前后電磁輻射強度規(guī)律分析

經(jīng)過對原始數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，21141掘進工作面迎頭50 m范圍電磁輻射數(shù)據(jù)數(shù)值較高，對21141掘進工作面下巷道迎頭50 m范圍測點進行數(shù)據(jù)連接，并做出趨勢預測預報，見圖6。

圖6 迎頭50 m范圍電磁輻射數(shù)據(jù)折線圖

根據(jù)資料顯示，在2009年2月5日，21141掘進工作面迎頭發(fā)生沖擊地壓，因此，對2月5日前后1個星期的數(shù)據(jù)進行分析。

通過對21141掘進工作面迎頭50 m范圍原始數(shù)據(jù)的處理發(fā)現(xiàn)，KBD－5電磁輻射監(jiān)測儀所測數(shù)據(jù)由1月25日下降，之后在1月31日突然呈增高趨勢上升，隨后在2月1日—2月4日，電磁輻射測試數(shù)據(jù)保持在相對較高的水平，根據(jù)礦內提供災害發(fā)生記錄，由于放炮誘發(fā)沖擊地壓發(fā)生，發(fā)生之后，數(shù)據(jù)明顯下降。隨后在2月9日，根據(jù)記錄迎頭放炮完畢后，發(fā)生煤炮，電磁輻射數(shù)據(jù)也明顯增大。所以，后期應對該區(qū)域加強觀測，必要時采取措施，確保安全生產。

2009年6月19日，在21141工作面下巷距巷口約500 m發(fā)生沖擊，聲響劇烈，主巷道內底板震動，并伴隨有沖擊波。此次沖擊造成21141下巷300～850 m范圍不同程度受到影響，無人員傷亡?！?.19事件”發(fā)生時，分別距工作面550 m、750 m和900 m處測點所測得的該時段電磁輻射強度曲線見圖7～9。

圖7 距工作面550 m處沖擊時段電磁輻射強度曲線圖

由圖7～9分析可知，該次沖擊前電磁輻射具有明顯的規(guī)律性，平穩(wěn)后脈沖強度首先急劇增大(6月11日)，最大已達70 mV，遠遠超過該礦設定的臨界強度值，之后出現(xiàn)數(shù)天的平穩(wěn)期，當強度再次增大(6月19日)時，則發(fā)生了沖擊地壓?？梢?，當脈沖劇降后并長時間(5～6 d)保持穩(wěn)定時，應采取一定的解危措施，以應對可能的沖擊地壓發(fā)生。

圖8 距工作面750 m處沖擊時段電磁輻射強度曲線圖

圖9 距工作面900 m處沖擊時段電磁輻射強度曲線圖

4 結語

1)利用KBD－5電磁輻射儀在同一時間段內不同測點綜合監(jiān)測的對比分析可知，數(shù)據(jù)數(shù)值較高，波動性較強的區(qū)域具有沖擊危險性，應加強觀測，采取預防沖擊地壓的措施。

2)一般情況下，不同測點對沖擊危險區(qū)域所測得電磁輻射脈沖強度有先急劇增大，后急劇降低的趨勢，并在隨后的5～6天內保持相對平衡時，有可能發(fā)生沖擊地壓，應采取措施，預防沖擊地壓的發(fā)生。

［1］賈慧霖.受載煤巖變形破裂低頻電磁信號規(guī)律特征與機理研究［D］.徐州:中國礦業(yè)大學，2010:15－16.

［2］顧士坦.礦井沖擊地壓信息識別與預報方法的研究進展［J］.山東科技大學學報(自然科學版)，2011，40(3):808－813.

［3］劉曉斐，王恩元，何學秋.孤島煤柱沖擊地壓電磁輻射前兆時間序列分析［J］.煤炭學報，2010，35(S1):15－18.

［4］姚精明，閆永業(yè)，稅國洪，等.煤巖體破裂電磁輻射分形特征研究［J］.巖石力學與工程學報，2010(52):31－32.