王淵 楊志全 周宗紅

摘? 要： 常村煤礦2016年引進北京科技的沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺，平臺整合了礦山已有的幾種監(jiān)測設備，實現(xiàn)其聯(lián)合監(jiān)測預警。平臺極大提高了分析數(shù)據(jù)的效率，減少了人工分析數(shù)據(jù)的工作量，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時收集和分析，有利于及時對沖擊地壓發(fā)生做出預警判斷，保障礦山安全生產(chǎn)。

關鍵詞： 綜合預警;沖擊地壓;監(jiān)測應用

【Abstract】： In 2016， Changcun Coal Mine introduced the comprehensive monitoring and early warning platform for impact and pressure of Beijing Science and Technology. The platform integrated several existing monitoring equipments of the mine to realize its joint monitoring and early warning. The platform greatly improves the efficiency of analyzing data， reduces the workload of manual analysis of data， and ensures the timely collection and analysis of monitoring data， which is conducive to timely warning of the occurrence of impact pressure and ensuring mine safety production.

【Key words】： Comprehensive early warning; Impact ground pressure; Monitoring application

0? 引言

沖擊地壓是煤礦開采中典型的動力災害之一，通常是在煤、巖力學系統(tǒng)達到強度極限時，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導致煤巖層瞬時破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故[1]。由于沖擊地壓的隨機性和突發(fā)性，以及破壞形式的多樣性，使得沖擊地壓的預測工作變得極為困難復雜，單憑一種方法是不可靠的，必須根據(jù)具體情況采用多種方法進行綜合預測[2]。監(jiān)測預警是沖擊地壓防治的關鍵環(huán)節(jié)之一[3]。

我國沖擊地壓礦井大多已裝備了應力、微震等實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，這些裝備對于沖擊地壓的防治起到了積極作用。但是，近年來隨著開采深度和強度的不斷增加，沖擊地壓災害發(fā)生的頻度和烈度隨之增加，單參量實時在線監(jiān)測已不能滿足大范圍、連續(xù)、實時、全面的預警需求。能夠兼容已有沖擊地壓監(jiān)測裝備，并實現(xiàn)其聯(lián)合監(jiān)測預警的監(jiān)控平臺技術是提高沖擊地壓監(jiān)測預警準確性的必由之路。

目前，常村煤礦的生產(chǎn)采區(qū)是21區(qū)，最大開采深度達800余米。常村煤礦采掘工作面多集中布置于21采區(qū)下部，由于生產(chǎn)過于集中，采掘干擾大，開采強度逐漸增大，導致沖擊地壓顯現(xiàn)，對職工的人身安全和礦井的安全生產(chǎn)造成一定的威脅。常村煤礦引進安科公司開發(fā)的沖擊地壓監(jiān)控預警平臺，針對礦井已裝備的沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)（微震監(jiān)測系統(tǒng)、地音監(jiān)測系統(tǒng)、應力監(jiān)測系統(tǒng)等），實現(xiàn)多監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時自動錄入，并集中展示、分析、管理。通過多參量聯(lián)合預警算法研究，運用多參量聯(lián)合預警軟件，實現(xiàn)沖擊地壓多參量自動預警，避免人工數(shù)據(jù)分析的滯后性和差異性，同時提高監(jiān)測預警準確性和及時性[4]。

平臺預警軟件系統(tǒng)配置各類分系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)的采集助手，實現(xiàn)包括鉆孔應力、微震、地音、支架阻力、鉆屑量等分系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)的自動采集，數(shù)據(jù)的采集不影響分系統(tǒng)正常使用。

1? 沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺結構

1.1? 多參量監(jiān)測原理

沖擊地壓多參量監(jiān)測是近幾年提出的監(jiān)測理念，相關學者開展了部分理論研究。竇林名[5]認為沖擊地壓單參量監(jiān)測很難實現(xiàn)準確預警，并從靜應力場和震動場兩方面，提出兩者聯(lián)合監(jiān)測能夠顯著提高沖擊地壓預警效果;鞠文君[6]提出監(jiān)測預警結果的權重分析法，認為“集中靜載荷”作為內因，在預警結果中所占比重大，“集中動載荷”作為外

因，所占比重相對較小;姜福興[7]指出，在開展沖擊地壓多參量監(jiān)測過程中，由于對技術掌握程度和關鍵指標合理性的把握不同，各礦監(jiān)測預警的準確性和可靠性差別很大;劉金海[8]指出，采用“震動場、應力場”聯(lián)合監(jiān)測技術能夠實現(xiàn)沖擊地壓的全局無縫監(jiān)測。

多參量預警功能的實現(xiàn)，既充分利用了礦井現(xiàn)有的各種監(jiān)測手段，又可提高監(jiān)測預警的科學性和準確性。各監(jiān)測預警技術合起來可構成一個大的監(jiān)測預警技術，這個大系統(tǒng)由各個單一的小系統(tǒng)組成，對小系統(tǒng)排序，設置一定的程序來運行這個大的系統(tǒng)，從而達到提升沖擊地壓的監(jiān)測預警的可靠性[9]。

1.2? 沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺系統(tǒng)結構

綜合監(jiān)測預警平臺大屏由液晶顯示屏、多屏處理器、控制主機和專業(yè)數(shù)據(jù)連接線纜組成，結構如下圖所示。各子監(jiān)測系統(tǒng)圖像信息通過VGA信號線接入多屏處理器處，數(shù)據(jù)經(jīng)處理匯總后，以DVI信號線傳輸形式接入大屏顯示器，實現(xiàn)子監(jiān)測系統(tǒng)在大屏幕上的實時展示。

1.3? 軟件架構

沖擊地壓綜合監(jiān)測軟件由基礎數(shù)據(jù)獲取助手、主監(jiān)測分析軟件和云傳輸軟件三大部分組成。主監(jiān)測分析軟件為：沖擊危險性監(jiān)測平臺軟件;數(shù)據(jù)獲取助手包括：微震數(shù)據(jù)獲取助手、地音獲取助手及應力支護力獲取助手、鉆屑量獲取助手;云傳輸軟件為：運輸局傳輸助手[4]。

2? 現(xiàn)場應用

2.1? 預警方法處理

2.1.1? 預警級別的確定

根據(jù)危險性指數(shù)的大小，劃分監(jiān)測系統(tǒng)或監(jiān)測區(qū)的沖擊危險等級，共分為“無沖擊、弱沖擊、中等沖擊和強沖擊”四個等級[10]。當0

常村煤礦沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺主要把微震、應力、鉆屑等數(shù)據(jù)綜合起來，系統(tǒng)安裝完成后運行穩(wěn)定，克服了監(jiān)測設備互相獨立，數(shù)據(jù)不方便集中處理的缺點，極大提高了常村村煤礦的沖擊地壓監(jiān)測預警水平，使監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時有效處理，軟件具有可接入監(jiān)測設備廣泛、預警參數(shù)可調節(jié)等較強的適用性，保證了生產(chǎn)安全順利進行。

2.1.2? 平臺現(xiàn)場應用

常村煤礦21170上下巷外段布置在21延深煤柱工作面采空區(qū)下。上巷自21170運煤聯(lián)絡巷開口掘進，與21150下巷留8 m凈煤柱布置，長度932 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘進（留底煤1.5m）;下巷自21延深輔助軌道下山開口，長度931 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘進（留底煤1.5 m）。21170工作面設計為綜采放頂煤工作面，開932 m，下巷走向長931 m，工作面斜長230 m?？刹勺呦蜷L度759 m，可采儲量252萬噸。

2018年2月13日，7：08分21170工作面上巷外口以里676米處，上巷以上27米處（現(xiàn)切眼以外171 m），發(fā)生能量為3.83E+05J的沖擊地壓事件。經(jīng)現(xiàn)場確認有煤塵，震感明顯;21170上巷207#、182#、162#、149#液壓抬棚向上幫滑移0.1 m;其它無明顯破壞。

預警平臺在事件發(fā)生前一天21170工作面綜合顯示預警等級為中等沖擊危險，預示未來該地區(qū)發(fā)生沖擊危險的可能性極大。

（1）事件發(fā)生前平臺微震數(shù)據(jù)

從12日早8點至13日7點8分之間一共發(fā)生7次能量事件，104J以上事件7個，105J以上事件1個，105J事件現(xiàn)場有破壞。9、10日總能量和總頻次均極低，12日微震總能量達到6.00E+05J，能量較前兩天急劇增加，微震事件位置集中在上巷外口以里700 m處，此處沖擊危險程度增大。

根據(jù)義煤公司關于規(guī)范沖擊礦井微震預警指標函要求，綜放工作面24個小時內104J以上微震事件總頻次不能超過8次，2018年2月12日21220微震事件總頻次達到7次，接近預警條件極限。

（2）事件發(fā)生前平臺地音數(shù)據(jù)

12日當天地音能量、異常指數(shù)均明顯高于前一周的異常指數(shù)。12日X1頻次異常指數(shù)為0.227363132，x2頻次異常指數(shù)為0.2894968，x1能量異常指數(shù)為0.16751269，x2能量異常指數(shù)為0.175933632，相比11日X1，X2通道的異常指數(shù)增長明顯。

（3）事件發(fā)生前平臺應力數(shù)據(jù)

從應力12日預警看出21170上巷應力18處當天最大值與前一天最大值相同，2處增幅下降，3處增幅上升，并且上升增幅不明顯，應力系統(tǒng)提前預警不明顯。

預警平臺綜合微震、地音和應力數(shù)據(jù)，12日夜間預警平臺綜合預警指數(shù)為0.7，危險等級綜合危險等級為B級，屬于中等危險等級，未來發(fā)生沖擊危險可能性較大。在2018年2月13日，7：08分21170上巷外口以里676米處，發(fā)生能量為3.83E+05J沖擊地壓事件，證明預警平臺達到了理想的預警效果。

3? 結論

（1）沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺的應用大大提高了常村煤礦的沖擊地壓預警水平，保證了數(shù)據(jù)分析的準確性。

（2）構建遠程監(jiān)控與預警中心，實現(xiàn)礦井、集團公司和遠程專業(yè)服務團隊的實時信息共享，加強集團公司對下屬礦井沖擊地壓治理的集中管控，提高沖擊地壓整體治理水平。

（3）沖擊地壓綜合監(jiān)測預警平臺的應用提高了礦井智能化水平，實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)內多參量綜合監(jiān)測預警，解決目前單參量監(jiān)測難以達到整體監(jiān)控預警要求的現(xiàn)狀。

（4）實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的自動采集，減少人力成本，提高工作效率。以往的數(shù)據(jù)分析需要依靠監(jiān)測人員計算分析，工作量大。軟件報表一鍵生成功能，減輕監(jiān)測人員勞動負擔，同時避免人工誤操作造成的預警準確性降低。

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