1、地音监测技术在冲击矿压预测预报中的应用第 l4 卷第 5 期(总第 90 期)2009 年 l0 月煤矿开采CoalminingTechnologyVo1.14No.5(SeriesNo.90)October2009地音监测技术在冲击矿压预测预报中的应用孙书亮,王元杰,乔中栋,于贵良,马连兄(1.中煤西安设计工程有限责任公司,陕西西安 710054;2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院,北京 100013;3.甘肃华亭煤电股份有限公司,甘肃平凉 744100)摘要基于 ARES 一 5/E 地音监测系统在我国煤矿的应用 ,介绍了地音监测技术的原理,以及地音监测结果的分析方法.通过对地音监测结果
2、的分析,预测煤岩动力灾害.地音监测系统的现场应用表明,系统对监测区域的危险性做到了准确评价.关键词 地音 ;冲击矿压; 预测预报;危险状态中图分类号TD324.2 文献标识码 A文章编号1006-6225(2009)05-0080-03ApplicationofEarth?-soundMonitoringTechnologyinRock-burstForecastandPredictionSUNShuliang,WANGYuanjie,QIAOZhongdong,YuGuiliang,MALian-xiong(1.XianDesignEngineeringCo.,Ltd,ChinaNation
3、alCoalGroupCorp,Xian710054,China;2.MiningDesigningBranch,ChinaCoalResearchInstitute,Beijing100083,China;3.GansuHuatingCoalPowerCo.,Ltd,Pingliang744100,China)Abstract:ThispaperintroducesprinciplesofearthsoundmonitoringtechnologyandanalysismethodofmonitoringdataonthebasisofapplicationofARES 一 5/Eearth
4、soundmonitoringsysteminChina.Analysisresultofearthsoundmonitoringisusedforpredictingdy?namicdisasterofcoalandrock.Theapplicationofearthsoundmonitoringsystemshowsthatthissystemmakescorrectevaluationfordangerwithinmonitoringarea.Keywords:earthsound;rockburst;forecastandprediction;dangerstate冲击矿压,煤与瓦斯突
5、出等煤岩动力灾害,已成为煤矿开采特别是深部开采矿井的主要灾害,对矿井高效生产和人员安全造成了严重的影响,目前越来越受到国内外科研和工程技术人员的关注.在冲击矿压等动力灾害的防治技术中,地音监测法是随着电子计算机的普遍应用而得以较快发展的技术.ARES 一 5/E 地音监测系统,是采用地音监测法进行矿井冲击危险性评估的专用设备,能够对监测区域范围内的地音事件进行实时监测.目前,该系统已在新汶华丰,华亭砚北等几家煤矿安装运行,在冲击矿压的防治过程中取得了良好的效果.随着深井开采矿山日益增多,地音监测技术必将在矿山安全生产中得到越来越多的应用.1 地音监测技术1.1 地音监测技术原理煤岩体失稳或应力
6、集中导致其破坏,发生能量突然释放.在采矿工程中,通常将煤岩体的声发射称为地音,它是煤岩体破裂释放的能量以弹性波形式向外传递过程中所产生的声学效应.瞬时能量释放产生的弹性波在煤岩体中传播,由能量释放源头传播到煤岩体边缘,该过程被作为地音现象记录下来.沿裂缝发生的煤岩体微破裂,破裂及错位是导致地音现象发生的主要形式.地音监测就是应用监测网络对某一区域进行实时监测,其监测区域一般集中在主要生产空间(主要包括回采工作面和掘进工作面).通过提供统计单位时间监测区域内地音事件的频度,能率,频率,延时等一系列地音参量,找出地音活动规律,以此来判断监测区域的煤岩体受力状态和破坏程度,评价煤岩体的稳定性,预测预
7、报冲击矿压,煤与瓦斯突出,顶板活动与顶板来压的时刻,来压强度与位置,以指导煤矿安全生产.根据此原理,采用煤岩体的地音监测方法可以对冲击矿压等动力灾害的危险性进行评价并对其进行预测预报.1.2 地音监测技术装备地音的监测方法一般分为 2 类,一类是间断性的监测方法,另一类是连续性监测方法.ARES一5/E 地音监测系统是根据地音评估方法的原理建立的,用来对矿山动力灾害做出评价的专用设备.ARES5/E 使用多通道测量方式,测量范围大,并可实现地音信息的连续,实时监测与集中处理.收稿日期20090420基金项目 国家重点基础研究发展计划(973) 资助项目(2005CB221503);国家科技支撑
8、计划(十一五) 资助项目(2006BAKO3B0702)作者简介 孙书亮 (1963 一), 男,陕西蒲城人,高级工程师,主要从事矿井设计工作.80孙书亮等:地音监测技术在冲击矿压预测预报中的应用 2009 年第 5 期该系统共分为 4 个部分,包括地面中心站,电脑处理系统,井下发射器和井下探头.井下探头对地音事件进行实时监测,并将监测到的数据发送到井下发射器内;发射器对监测信号进行放大,过滤后,将其转化为电压信号传送到地面中心站;地面中心站对接收到的信号进行分类,统计,并将其转化为数字信号,然后发送到系统分析软件内;最终,由系统分析软件根据实时监测数据对监测区域的冲击危险性进行综合评价,并给
9、出相应统计图表.ARES 一 5/E 地音监测系统自带的 OeenaWin 软件可以根据地音能量和事件数等参量的变化趋势对冲击矿压的危险性进行自动评价,软件将冲击矿压的危险程度分为 4 个级别,即:a 级无冲击危险 .b 级弱冲击危险.此时应加强对冲击危险状态的监测及采矿作业的监督管理.c 级中等冲击危险 .此时应实施冲击矿压的解危措施,降低冲击矿压危险程度.d 级强冲击危险.停止采矿作业,并撤离不必要的人员;制定防冲措施,检查防冲效果;直到危险状态有了降低,才可继续进行采矿作业.2 地音监测数据的分析2.1 地音监测数据的分析方法煤岩体地音监测技术通过对信号波形的分析,获取其内含信息,以帮助
10、人们对煤岩体稳定性做出恰当的判断和预测 J.在分析地音监测结果时,一般主要记录和分析的参数包括:地音事件数(分级事件数,总事件数), 班累积能量,平均能量,地音事件的频率,地音事件的能量,地音事件的延时,各通道之间信号的到时差以及地音发生位置等.对地音监测结果的分析方法一般采用统计分析方法和绝对分析方法,其中统计分析方法主要从时间序列和空间序列来分析各个参量的变化 J.2.2 地音监测数据分析实例华亭砚北煤矿为进行矿压监测,引进了波兰ARES 一 5/E 地音监测系统.地音监测区域分为150205 回采工作面和 250206 回采工作面 2 个部分,2 个监测区域均可随着矿井采场变化而变化.A
11、RES 一 5/E 地音监测系统在砚北煤矿安装运行将近半年,取得了丰富的监测数据.表 1 为华亭砚北煤矿用 ARES 一 5/E 地音监测系统在 2008 年 12 月 6日至 12 月 16 日连续监测到的 250206 工作面地音统计数据.根据以上数据进行分析处理,计算得出每千吨煤释放能量,每千吨煤事件数,每推进 5m 释放能量,每推进 5m 事件数等地音参数.见表 2.表 1205206 工作面推进度,产量和地音监测数据表 2250206T 作面地音参数嗍/104t 瓣12 月 6 日l2 月 7 日12 月 8 日12 月 9 日12 月 10 日l2 月 11 日12 月 12 日1
12、2 月 13 日12 月 14 日12 月 15 日l2 月 16 日0.592.100.49O.721.311.120.780.78O.62O.441O.51通过对各地音参数的分析,在 l2 月 6 日到 14Et 期间每千吨和每 5m 震动参数均接近于一个稳定值,而从 l2 月 14 日开始各参数都有较大的变化,到12 月 15 日参数出现异常值,这说明了煤岩体平衡状态的变化和冲击危险性的变化,再结合往日来压情况,断定近期必定要发生一次冲击矿压.结果于12 月 17 日 9 点 29 分 250206 运输巷发生冲击矿压,造成工作面下口往外 515m 范围内顶板下沉200mm,底鼓 400
13、500turn,有 7 根顶梁折断,2根支柱压弯,严重影响生产,由于事前做到了准确的预测,未造成人员伤亡.3ARES 一 5/E 地音监测系统预测实例ARES 一 5/E 地音监测系统自带的 OcenaWin 软件,可以对从 Ares 站点采集到的数据按照分钟 ,小时及工作班进行分类汇总,并对每工作班,每小时及每分钟的数据进行平均值计算,并将其绘制成图表.OcenaWin 软件还可以通过已建立的数据库,对几个月前的数据进行汇总报告.表 3 和表 4 为砚北煤矿 250206 工作面 2009 年 2 月 8 日至 11 日期81鳃吣加卯洲蚴嘲嗍彻蝴虬钾钙22332347鼹“nLnnLnnLL7
14、027926113 挪啪i 川卯“ 卯LLLL总第 90 期煤矿开采 2009 年第 5 期表 4250206 工作面 g3 探头危险状态记录表格砚北煤矿 250206 工作面运输巷于 2009 年 2 月9 日 09:56 时,发生冲击事件,破坏严重,影响了生产.由 ARES 一 5/E 地音监测系统生成的记录表格可以看出,g1,g3 探头对每工作班冲击危险状态的评价在 2 月 7 日一 2 月 9 日危险等级均达到d 级,冲击事件发生后危险等级逐渐降低到 a 级.由此可以看出,ARES 一 5/E 地音监测系统对监测区域冲击危险性做到了准确评价.4 结束语基于地音监测技术的原理,通过对监测
15、区域的地音监测可以实现对冲击矿压,煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害的预测预报.应用 ARES 一 5/E 地音监测系统可以实现对监测区域内地音事件进行实时监测,实践证明,经过系统软件的统计分析后可以对监测区域的冲击危险性进行准确的评价.通过分析地音监测获取的大量有用数据,可以对监测区域内的煤岩动力灾害做出及时准确的预测.对地音监测数据的分析方法有很多,为了找到更加便捷有效的方法,以提高我国在预测预报煤岩动力灾害的技术水平,还需要进行大量的研究工作.【参考文献1齐庆新,窦林名 .冲击地压理论与技术M.徐州:中国矿业大学出版社,2008.2齐庆新,李首滨 ,王淑坤.地音监测技术及其在矿压监测中的应用研究
16、J.煤炭,1994,19(3):221232.3M.Cai,P.K.Kaiser,H.Mofioka,eta1.FLAC/PFCcouplednumericalsimulationofAEinlargescaleundergroundexcavationsfJ.InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences.2007(44):550564.4李希勇.煤体声发射与电磁辐射监测冲击矿压危险的应用研究J. 煤矿开采,2003,8(2):6163.5窦林名,何学秋 ,BernardDrzezla.冲击地压危险性评价的地音法J.徐州:中国矿业大学,2000,29(1):85 88.6张银平.岩体声发射与微震监测定位技术及其应用J.工程爆破,2002,8(1):5861.责任编辑: 毛德兵(上接 6 页)4涂敏,刘泽功 .煤体采动顶板裂隙发育研究与应用J.煤炭科学技术,2002,30(7):54 56.5宋选民.潞安矿区构造裂隙分布特征的实测分析J.矿山压力与顶板管理,2002(3):101104.826张玉军,张华兴 ,陈佩佩.覆岩及采动岩体裂隙场分布特征的可视化探测J.煤炭,2008,33(11):12161219.7张玉军.覆岩破坏规律探测技术的发展综述及评价J.煤矿开采,2005,63(2):10 一 l3.责任编辑: 李宏艳
