江苏省矿业工程集团有限公司矿业分公司 江苏省徐州市 221000
摘要：众所周知，煤矿是我国非常重要的能源之一，与此同时，煤矿开采向深部拓展，冲击地压危险随之增加。按照冲击地压主控因素，可以将冲击地压划分为煤柱型、顶底板型、断层型和褶曲型4种类型，其中煤柱型冲击地压为常见的冲击地压类型。冲击地压发生类型多样，控制因素复杂，大采深、坚硬岩层、构造、孤岛等环境下的开采都伴随着巨大的冲击危险性。物理性质、结构、时间、能量等的变化也会造成冲击地压的发生，掘进回采过程中地质条件、技术参数的变化都会增加冲击地压发生的可能性。
关键词：煤矿冲击地压；灾害；监测预警技术
引言
冲击地压是我国深部开采矿井面临的主要动力灾害之一。我国首例冲击地压于1933年发生在抚顺胜利煤矿，距今已有83年，期间我国学者围绕冲击地压发生机理、危险性评价方法与技术、防治技术及机具、监测技术与装备进行了持续深入研究。总体上我国冲击地压矿井数量在不断增加(如由1990年的58个增加到2015年的150个)，冲击地压矿井覆盖省份在不断增多(由原来的辽宁、北京、江苏、山东、河南等5个省份逐渐扩展到黑龙江、陕西、内蒙古、新疆等10余个省(自治区)，冲击地压矿井涵盖条件逐渐普遍化，如开采深度由300m至1500m，顶板由700m巨厚基岩到700m巨厚表土，煤层厚度为1～12m，煤层倾角0°～87°，工作面倾斜长度由30m到270m，都发生过冲击地压灾害。近10年来，我国学者和现场工程技术人员在与冲击地压灾害防治积累了一些宝贵经验，尤其在冲击地压监测预警方面获得了一些具有自主知识产权的成果。监测预警作为冲击地压防治的重要环节之一，提醒现场施工人员及时实施防护措施。
1煤矿冲击地压显现特征
1)在空间上，91%的冲击地压事故发生在巷道内;在时间上，86%的冲击地压事故发生在采掘作业期间，其中1/4发生在掘进巷道，3/4发生在回采工作面的超前巷道，特别是沿空侧巷道。
2)冲击地压发生时均伴随有强烈矿震;中及厚煤层中发生冲击时的最小矿震能量等级为1.0×104J，最大达1.0×108J。
3)矿震震源与冲击地点不在同一位置，水平方向上间距一般为150m，最大达500m，垂直方向上一般位于煤层顶板上方90m和底板下方60m范围内。
4)冲击发生时，巷道破坏长度一般在90～150m，最大达1000m。
2煤矿冲击地压灾害监测预警技术
2.1多参量监测预警技术
因为煤矿被破坏主要会受到各种各样不同因素综合影响，所以在进行实际监测的时候，需要使用不同参量相互结合的预警方式，对不同的冲击其危险性进行比较合理的判断，把冲击危险分别规划为无冲击危险，弱冲击危险以及中等和强度冲击危险，工作人员进行冲击地压预警工作的过程当中，需要按照危险等级的差异来进行不同的预防。
2.2应力监测技术
对目前的钻屑量原理和多因素耦和的冲击压力具体危险性进行分析，可以确定危险性，其主要原理是因为岩层在不断的运动，而支承压力以及钻屑量和钻孔煤岩应力也有极为密切的关系。
2.3电磁辐射监测技术
煤岩体在荷载的施力之下，很容易出现变形。而这样的变形就会在不同程度造成电磁辐射，一般来说在应力下岩煤体会因为不均匀的变形作用而产生。变形速率不断的改变，因此电磁辐射以及脉冲也在不断增加。通过对电子理论的实验可以发现，煤体的破坏程度和应力状态是有很大关系的。
2.4电荷监测技术
因为煤岩形被破坏时会产生电荷感应信号，同时煤岩的破裂也会让裂隙尖端出现电荷分离的状况，所以感应强度和岩煤体的载体是有很大关联的。如果持续增加，电荷的感应信号就会不断增大。岩煤体破坏失稳的时候，电荷感应信号会达到极大的值，不仅如此，按照岩煤电荷监控技术可以知道，如果电荷感应信号处在一个极端的位置，那么就很容易出现冲击地压的情况。
2.5地质动力区划技术
按照一些理论可以知道，地形地貌其主要的基本形式和特征与地质构造有着极为密切的关系，工作人员对一些具有标志性的地形地貌进行实地考察和分析，就能够发现这一区域出现断裂的主要原因。不仅如此，因为大部分企业都在进行综合的地应力测量，使得断块图测量更加准确，而这也在很大程度上，让人类工程活动获得了更多的预测可能性。
3应用案例
在此，仅介绍“全频广域”震动监测技术的应用。某市煤电公司两矿井下工作面都安装KJ550冲击地压监测系、KBD5电磁辐射检测仪，2017年3月安装ARAMIS微震监测系统，并于2017年4月调试形成“全频广域”震动监测技术体系，实现宽频（0.5—1500Hz）、广域（回采工作面→矿井→矿区）监测目的。
KJ550冲击地压监测系根据煤岩体压力的变化引起油囊内压力的变化，通过压力变送器内敏感元件转换为电信号传递给采显一体仪，采显一体仪通过接收到的模拟信号进行处理，转换为最终压力值并显示出来，同时将信号处理后通过CAN总线传输到井下分站。分站将各采显仪传上来的数据以光、电的形式通过环网、光纤传输到地面分站进行存储、处理、展示。对回采工作面重点进行压力监测的区域为工作面前方300m、两条顺槽向回采煤体一侧8-25m范围内进行监测。电磁辐射仪能够实现非接触、定向、区域及连续预测预测煤岩动力灾害，信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成；能够实现矿山冲击矿压的预测预报，煤与瓦斯突出的预测预报，其它煤岩灾害动力现象的预测预报，矿井工作面前方应力状态的监测，松动圈测量，周期来压监测，断层活动监测，顶板稳定性监测。
振动器接收振动事件并将其处理为数字信号，然后通过数字通信系统发送到地面。根据不同的监测范围，系统可以选择不同的频率范围传感器。数字通信系统采用长距离通信电缆实现三方向振动速率变化（x，y，z）的传输。该系统提供了通过24位σ-δΔ转换器的振动信号的转换和记录。标准版系统软件为每个通道提供一个通道监测信号；可选3通道信号，为每个通道监控使用非标版软件，实现三向监测的微震活动。
自运行以来，采用“全频广域”震动监测技术能有效记录了矿区范围内的冲击地压、矿井范围内的矿震件爆破、工作面区域的岩层破裂与构造等应力大小变化，可根据一次次的冲击地压波形图分析井下的地压大小，实现有效的控制，如图1所示。图中D1、D2为台站序号，UD、EW、NS分别代表垂直、东西、南北，根据波形图可有效的进行分析，论证，处理现场情况。
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图1 冲击地压波形
结语
综上所述，我国的矿井冲击地压的监测预警方面的策略和传统的方式相比是有很大发展的，但同时也出现了更多的问题，所以工作人员在进行监测的时候，需要对冲击地压的具体产生原因进行具体的分析，同时也按照其具体的需要，不断地补充预警策略，使检测运行能够更加准确。
参考文献
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