千秋煤礦沖擊礦壓電磁輻射前兆規(guī)律探索

張 寅

(義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司,河南義馬 472300)

千秋煤礦沖擊礦壓電磁輻射前兆規(guī)律探索

張 寅

(義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司,河南義馬 472300)

千秋煤礦為沖擊礦壓高發(fā)礦井,該礦引進(jìn)電磁輻射儀對 21141和 21201兩個(gè)工作面進(jìn)行檢測,通過對近期多次沖擊發(fā)生時(shí)段電磁輻射強(qiáng)度變化情況分析,得出了千秋礦沖擊礦壓的電磁輻射前兆規(guī)律,為該礦之后的沖擊礦壓預(yù)測預(yù)報(bào)工作提供了參考依據(jù)。

沖擊礦壓;電磁輻射;預(yù)測預(yù)報(bào)

義馬千秋煤礦是有 50多年開采歷史的礦井,隨著開采強(qiáng)度的不斷加大,現(xiàn)已進(jìn)入二水平下山盤區(qū)開采,最大采深超過 800m。目前,礦井主采煤層為侏羅系二煤,經(jīng)鑒定該煤層具有中等強(qiáng)度沖擊傾向性,且基本頂為平均厚度 205m的巨厚礫巖層,這些不利因素給礦井的安全高效生產(chǎn)帶來巨大威脅。

礦井開采二水平 21采區(qū)下山盤區(qū),煤厚平均8.32m,煤層傾角 11～13°,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部含夾矸 0.5～1.5m。該煤層屬容易自然發(fā)火煤層,發(fā)火期一般為 0～3個(gè)月,最短 7d。煤塵爆炸指數(shù)為 47.29%,有爆炸危險(xiǎn)。礦井為低瓦斯礦井,21采區(qū)按高瓦斯進(jìn)行管理。

1 礦井沖擊礦壓危害

礦井自 2008年 6月 5日發(fā)生破壞性沖擊礦壓以來,至 2009年 9月期間,在千秋礦 21201回采工作面及 21141準(zhǔn)備工作面下巷共計(jì)發(fā)生破壞性沖擊礦壓 14次,其中 21201回采工作面下巷 6次,21141準(zhǔn)備工作面下巷 8次,沖擊破壞巷道超過60m的沖擊次數(shù)占 60%以上。

自 2008年 12月至 2009年 9月中旬,千秋礦通過便攜式電磁輻射監(jiān)測儀 KBD5對 21141和21201兩個(gè)工作面發(fā)生的 7次沖擊礦壓監(jiān)測,結(jié)合工作面現(xiàn)場觀測變形資料,對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,確定千秋礦自身的電磁輻射指標(biāo)參數(shù)及其前兆規(guī)律。

2 基于電磁輻射信息的沖擊危險(xiǎn)評(píng)價(jià)原理

煤巖電磁輻射是煤巖體受載變破裂過程中向外輻射電磁能量的一種現(xiàn)象,與煤巖體的變形破壞過程密切相關(guān),電磁輻射強(qiáng)度直接反映煤巖體的受載程度及變形破裂強(qiáng)度,脈沖數(shù)直接反映煤巖體變形及微破裂的頻次。煤巖體所受的應(yīng)力越高,電磁輻射的強(qiáng)度就越大。預(yù)測手段上采用臨界值和趨勢法進(jìn)行評(píng)判。當(dāng)電磁輻射數(shù)據(jù)超過臨界值時(shí),認(rèn)為有災(zāi)害危險(xiǎn);當(dāng)電磁輻射強(qiáng)度或脈沖數(shù)具有明顯增強(qiáng)趨勢時(shí),也表明有災(zāi)害危險(xiǎn);電磁輻射強(qiáng)度或脈沖數(shù)較高,當(dāng)出現(xiàn)明顯的由大變小,一段時(shí)間后又突然增大,這種情況更加危險(xiǎn)。

3 千秋礦巷道電磁輻射特征

觀測結(jié)果表明,正常情況下工作面及巷道的電磁輻射的幅值及脈沖數(shù)較小,變化不明顯。工作面不同部位電磁輻射值不同,頂板壓力大及煤體沖擊危險(xiǎn)性高的區(qū)域電磁輻射值高。在較大的礦震發(fā)生前,電磁輻射有明顯反映,其幅值或脈沖數(shù)增長幅度較大。在沖擊危險(xiǎn)區(qū)域誘發(fā)爆破后,電磁輻射的脈沖數(shù)變化劇烈,說明在這期間煤壁內(nèi)變形破壞變化強(qiáng)烈,發(fā)生沖擊礦壓危險(xiǎn)的可能性較大。

實(shí)例 1：2009年 6月 19日,在 21141工作面下巷距巷口約 500m發(fā)生沖擊,聲響劇烈,主巷道內(nèi)底板震動(dòng),并伴隨有沖擊波。此次沖擊造成 21141工作面下巷距巷口 300～850m范圍不同程度受到影響,無人員傷亡。

由圖 1可發(fā)現(xiàn),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(qiáng)度首先急劇增大 (6月11日),最大已達(dá) 70mV,已超過該礦設(shè)定的臨界強(qiáng)度值 (65 mV),之后出現(xiàn)數(shù)天的平穩(wěn)期,當(dāng)強(qiáng)度再次增大 (6月 19日)時(shí),則發(fā)生了沖擊?？梢?當(dāng)脈沖劇降后并長時(shí)間 (5～6d)保持穩(wěn)定時(shí),仍應(yīng)采取一定的解危措施,以應(yīng)對可能的沖擊發(fā)生。

圖1 21141工作面下巷上幫電磁輻射強(qiáng)度曲線

實(shí)例 2：2009年 5月 7日,21201工作面下巷距巷道口 400m處發(fā)生一次沖擊,聲響劇烈。最大片幫量 500mm,下巷 415m向外 7棚加強(qiáng)梁上幫頂梁下沉,最大下沉量為 300mm。無人員傷亡。

由圖 2顯示的脈沖強(qiáng)度檢測曲線可以看出,該次沖擊發(fā)生時(shí),4個(gè)通道的電磁輻射檢測設(shè)備都表現(xiàn)出了較一致的規(guī)律性。5月 4日開始,所有通道顯示出電磁輻射強(qiáng)度急劇增加,持續(xù) 1d后,迅速下降,待相對穩(wěn)定 1～2d后,突然發(fā)生沖擊。可見,脈沖劇降后短期 (1～2d)內(nèi)也應(yīng)被劃為沖擊高發(fā)期。

圖2 21201工作面下巷上幫電磁輻射強(qiáng)度曲線

4 結(jié)論

(1)用電磁輻射法預(yù)測沖擊礦壓危險(xiǎn)是可行的,可節(jié)省大量鉆探工程,避免盲目采取措施,提高了回采速度,降低了預(yù)測費(fèi)用及措施費(fèi)用。

(2)現(xiàn)場實(shí)踐表明：電磁輻射強(qiáng)度的變化規(guī)律與沖擊礦壓之間的關(guān)系并不是單一的,這緣于不同區(qū)域的地質(zhì)、應(yīng)力及支護(hù)等條件的差異性。當(dāng)輻射強(qiáng)度出現(xiàn)峰值時(shí),沖擊礦壓發(fā)生的時(shí)間也不是單一的。沖擊有可能發(fā)生在電磁能輻射強(qiáng)度出現(xiàn)峰值后的 1～2d內(nèi),亦有可能需先經(jīng)歷一個(gè)相對平穩(wěn)的階段 (5～6d),當(dāng)再次出現(xiàn)峰值時(shí),沖擊將突然發(fā)生。該結(jié)論對于千秋煤礦 21141工作面和 21201工作面的沖擊礦壓預(yù)測預(yù)報(bào)有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

[1]王恩元,何學(xué)秋 .煤巖變形破裂電磁輻射的實(shí)驗(yàn)研究 [J].地球物理學(xué)報(bào),2000(1).

[2]竇林名,何學(xué)秋 .沖擊礦壓危險(xiǎn)預(yù)測的電磁輻射原理 [J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005(2).

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[責(zé)任編輯：于海湧 ]

Research on Electromagnetic Radiation Rules for Forewarning Rock-burst in Qianqiu Colliery

ZHANG Yin
(Yima Coal Group Co.,Ltd,Yima 472300,China)

Qianqiu Colliery is a serious rock-burst mine.Electromagnetic radiation instrument was introduced into 21141 and 21201 mining face.Electromagnetic radiation rules for forecasting rock-burst were obtained by analyzing electromagnetic radiation variation at recent rock-burst time.This provided reference for later rock-burst forecast.

rock-burst;electromagnetic radiation;prediction and forecast

TD324

A

1006-6225(2011)01-0090-03

2010-05-09

張 寅 (1974-),男,陜西安康人,高級(jí)工程師,現(xiàn)任義馬煤業(yè)集團(tuán)千秋礦礦長。