两项冲击地压监测预警新技术

 

震动场、应力场联合监测技术

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　　冲击地压可分为“自发型”和“诱发型”2类，其中“自发型”冲击地压属于煤体的“渐进性”失稳，其力源是近场应力，“诱发型”冲击地压属于煤体的“触发性”失稳，其根本力源是远场震动。诱发“自发型”冲击地压的应力是逐渐积聚的，具有明显的过程，导致“诱发型”冲击地压的震动是瞬间的，其对煤体应力作用时间短暂。可见，两类冲击地压各自突出的物理量分别是应力场、震动场。因此，开展震动场、应力场联合监测是实现冲击地压有效监测预警的关键。震动场、应力场联合监测技术的内涵：同时开展应力监测、震动监测;分别监测应力变化和震源位置;实现冲击地压的临场预警和区域预警;实现冲击地压的“时-空-强”预警。

　　冲击地压“动静叠加原理”认为，采掘区域周围煤层中的静载荷与矿震形成的动载荷叠加超过冲击临界载荷是冲击地压发生的根本原因。因此，准确监测采掘区域周围煤层中动、静载荷叠加值是实现冲击地压有效监测预警的基础。窦林名等\[10\]基于震动波传播速度与煤岩应力的相关性，研发了震动波CT技术，选择波速异常与波速梯度异常作为冲击地压预警指标。震动波CT技术通过一种监测手段(微震)，达到了震动场、应力场联合监测目的，并得到由震动场到应力场的递进结果，实现了监测参数的“多参量”和归一化。

 

“全频广域”震动监测技术

 

　　冲击地压发生过程可描述为：冲击煤体微破裂→裂缝扩展→局部失稳→结构破坏→冲击失稳。各个阶段产生的前兆震动信息都不相同。因此，实现冲击地压发生过程的全程震动监测是开展冲击地压监测预警的有效途径之一。为此，提出2种分别适用于回采工作面、掘进工作面冲击地压监测的“全频广域”震动监测技术。

 

　　1)区域性“全频广域”震动监测技术。该技术通过组合中高频微震监测系统、中低频微震监测系统和低频矿山地震监测系统，达到全频(震动事件频率由低到高)广域(监测范围：工作面→矿井→矿区)监测目的。新巨龙公司“全频广域”震动监测画面如图3所示，KJ551微震监测系统用于监测中高频震动事件，覆盖范围为数百米，起到局部震动监测作用;ARAMIS微震监测系统用于监测中低频震动事件，覆盖范围数千米，起到区域震动监测作用;KJ874矿山地震监测系统用于监测低频震动事件，覆盖范围达数万米，起到矿区震动监测作用。下图为新巨龙公司“全频广域”震动监测画面。

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　　2)局域性“全频广域”震动监测技术。基于掘进工作面扰动小、震动能量小的特点，通过组合地音监测系统和中高频微震监测系统，形成针对性较强的局域性“全频广域”震动监测系统。其中，地音监测系统用于监测掘进工作面周围微破裂引起的微弱震动信号，记录对应通道产生的时间和幅值，起到判别煤体应力变化趋势和预测微震事件的作用;中高频微震监测系统用于监测掘进工作面周围微震信号和中等破裂诱发的冲击地压震动信号。应用局域性“全频广域”震动监测技术，可起到掘进工作面震动场与应力场的联合监测和全频(震动事件频率由中频到高频)广域(监测范围：掘进工作面→巷道围岩)监测作用。下图为局域性“全频广域”震动监测。

 

 

（来源：《煤炭科学技术》|作者：刘金海）