電磁輻射儀和微震儀在礦壓防治中的應(yīng)用

喬 榛

（陽(yáng)泉新宇巖土工程有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045008）

引言

本次研究方法主要是使用電磁輻射儀和微震儀來(lái)進(jìn)行全礦井礦震監(jiān)測(cè)并分析數(shù)據(jù)，減少掘進(jìn)量和應(yīng)力集中區(qū)域，從而在礦壓防治與頂板管理的整體工作產(chǎn)生積極的作用，有效地防治沖擊地壓等強(qiáng)礦壓。

1 電磁輻射儀

煤與瓦斯的突出和沖擊地壓等是發(fā)生在礦山井下的一種復(fù)雜的動(dòng)力災(zāi)害，同忻煤礦作為強(qiáng)礦壓礦井，對(duì)預(yù)防瓦斯突出和沖擊地壓做了大量的工作，通過(guò)不斷研究改進(jìn)形成如今較為成熟的預(yù)防礦壓技術(shù)。

型號(hào)為KBD5的動(dòng)力災(zāi)害地電磁輻射監(jiān)測(cè)儀可用于煤礦預(yù)測(cè)各種強(qiáng)礦壓造成的煤巖災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象，工作原理是當(dāng)煤體發(fā)生壓力變化時(shí)發(fā)出電磁輻射，通過(guò)接收電磁波，對(duì)井下突發(fā)災(zāi)害及早作出應(yīng)對(duì)。引進(jìn)的電磁輻射監(jiān)測(cè)儀有很多不足，故對(duì)其進(jìn)行改造做出如下創(chuàng)新[1]。

1）實(shí)現(xiàn)了定向、非接觸和區(qū)域及時(shí)連續(xù)預(yù)測(cè)的能力。

2）省略了施工打鉆的工序，減輕了勞動(dòng)力。

3）具有兩種預(yù)警方式，分別為臨界值法預(yù)警和動(dòng)態(tài)趨勢(shì)法預(yù)警。

4）儀器對(duì)信號(hào)的接收、轉(zhuǎn)化、處理、存儲(chǔ)和報(bào)警，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

5）發(fā)明了通過(guò)電磁輻射完成的煤巖動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

通過(guò)以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，前景化是詩(shī)歌《羊齒山》的一個(gè)顯著特征。詩(shī)人運(yùn)用了一些前景化實(shí)現(xiàn)的手段，如大膽的詩(shī)節(jié)編排，超出常規(guī)的短語(yǔ)搭配和體現(xiàn)在語(yǔ)音、詞匯和語(yǔ)法層面上的語(yǔ)言過(guò)分規(guī)則化。細(xì)微剖析這些具體的前景化實(shí)現(xiàn)手段發(fā)現(xiàn)，這些前景化手段都與詩(shī)歌的主題密切相關(guān)，都突出了詩(shī)歌生與死、純真與成熟、時(shí)間永恒的主題。詩(shī)人運(yùn)用獨(dú)特的前景化手段，不僅賦予詩(shī)歌新穎性和創(chuàng)造性，而且達(dá)到了突出主題的效果，而通過(guò)對(duì)前景化手段和效果的解析，可幫助讀者挖掘詩(shī)歌的主題意義和美學(xué)價(jià)值。

6）可準(zhǔn)確判斷礦山壓力情況，為之后的采取措施提供建設(shè)性意見(jiàn)。

2 電磁輻射監(jiān)測(cè)儀局部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性

利用在8202工作面進(jìn)行的電磁輻射儀應(yīng)力監(jiān)測(cè)說(shuō)明，本次監(jiān)測(cè)在2202巷的700～1 530m區(qū)域進(jìn)行，電磁輻射分析圖見(jiàn)下圖1。

圖1 電磁輻射分析圖

如圖2202巷在工作面上覆巖層上方存在許多采空區(qū)煤柱，造成工作面產(chǎn)生較大應(yīng)力集中，巷道在700～1 530m區(qū)域出現(xiàn)漿皮脫落的情況等現(xiàn)象，因此，對(duì)該段巷道進(jìn)行電磁輻射儀應(yīng)力監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖1所示，該段其他區(qū)域巷道應(yīng)力值不高，表明工作面回采時(shí)導(dǎo)致應(yīng)力向煤體深部轉(zhuǎn)移，巷道不會(huì)出現(xiàn)圍巖變形較大等現(xiàn)象，故不需要對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，在漿皮脫落處進(jìn)行補(bǔ)噴即可。而在該段巷道1 450～1 470m區(qū)域內(nèi)應(yīng)力明顯增高，可推測(cè)該區(qū)域頂板上方存在采空煤柱，由于相距較遠(yuǎn)，影響不大。

當(dāng)前礦井生產(chǎn)中，大部分使用電磁輻射儀只是為了對(duì)局部應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位，針對(duì)局部巷道提出措施，進(jìn)行治理[2]。電磁輻射儀還可為日常的巷道維護(hù)明確方向，較完整地了解井下巷道的壓力情況，對(duì)癥下藥。而且對(duì)掘進(jìn)遇到特殊的地質(zhì)構(gòu)造物時(shí)，巷道應(yīng)力分布較為復(fù)雜，此時(shí)運(yùn)用電磁輻射儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可有效解決諸多難題。同時(shí)，電磁輻射儀可用于監(jiān)測(cè)工作面的超前支護(hù)范圍，配合礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可準(zhǔn)確判斷工作面初次來(lái)壓和周期來(lái)壓。

3 微震儀全礦井監(jiān)測(cè)礦壓

該礦同時(shí)使用SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)全礦井進(jìn)行了礦壓監(jiān)測(cè)，通過(guò)多次試驗(yàn)及改進(jìn)做出以下創(chuàng)新。

1）主要用于沖擊地壓的監(jiān)測(cè)，做到重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)。

2）收集的震動(dòng)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)、快速、連續(xù)完好和自動(dòng)性，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，可生成信號(hào)圖，并可傳遞到地面，在地面進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽分析。

3）微震儀探頭具有靈敏性高、抗干擾能力強(qiáng)、記錄信號(hào)準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單和可回收使用的特性。需24 h進(jìn)行監(jiān)控，確保不出現(xiàn)漏記和無(wú)法監(jiān)測(cè)的情況發(fā)生。

4）系統(tǒng)軟件可獲得準(zhǔn)確的震動(dòng)位移和加速度的信號(hào)，預(yù)警信息具有分析功能強(qiáng)、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單的特性，能得出較為精確的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)[3]。

5）建立了震動(dòng)波的CT分析技術(shù)；建立了微震儀全礦井監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了全礦井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄?，可進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警和遠(yuǎn)程專(zhuān)家診斷，并做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施[4]。

6）可將監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的礦震信號(hào)顯示在礦圖上，方便對(duì)井下震源進(jìn)行定位，對(duì)全面的監(jiān)測(cè)礦井礦壓具有統(tǒng)籌作用。

同忻煤礦從開(kāi)采8101工作面起開(kāi)始出現(xiàn)沖擊地壓，并隨開(kāi)采面積的增加而不斷加劇，沖擊地壓危害日趨嚴(yán)重。為更加有效監(jiān)測(cè)和解決此類(lèi)現(xiàn)象，消除傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的弊端，同忻礦引進(jìn)和自主研究了普遍使用的區(qū)域性監(jiān)測(cè)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

如圖2所示，微震儀全礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為地面監(jiān)控室和井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩個(gè)部分。地面接收站，負(fù)責(zé)接收井下微震儀傳遞的數(shù)據(jù)，通過(guò)技術(shù)人員分析，繪制相關(guān)礦震圖，在井上對(duì)全礦井進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察；井下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在掘進(jìn)及回采工作面巷道布置微震傳感儀，對(duì)井下礦壓變化實(shí)時(shí)采集，可以定位到具體的礦震位置和礦震能量的大小，篩選有用信號(hào)時(shí)一般選取信號(hào)較清晰的點(diǎn)[5]。

圖2 微震儀全礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

目前微震儀的應(yīng)用已趨于成熟，一方面可以使用微震儀監(jiān)測(cè)礦震，確定應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)礦井的震動(dòng)情況有足夠的了解，同時(shí)還可以進(jìn)行沖擊地壓等強(qiáng)礦壓的研究。另一方面主要是配合采煤工作面的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行工作面的來(lái)壓預(yù)測(cè)，采煤工作面的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在工作面液壓支架上，每十個(gè)為一組安裝一個(gè)壓力表，通過(guò)觀察壓力表來(lái)判斷工作面來(lái)壓，但是采空區(qū)懸板的垮落情況，仍然無(wú)法通過(guò)壓力表來(lái)讀出，只能依靠工作面工作人員聽(tīng)采空區(qū)震動(dòng)來(lái)做出判斷，但這樣的判斷很不準(zhǔn)確。有了微震儀的配合就可以清晰地了解隨著工作面的推進(jìn)采空區(qū)的懸板垮落的情況。

8103工作面進(jìn)行開(kāi)采的時(shí)候，采空區(qū)懸板垮落不及時(shí)，本來(lái)是20～30m垮落一次，可是在工作面開(kāi)采的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)20～30m垮落兩到三次，如果只從壓力表觀測(cè)的話，只能看出在20～30m的區(qū)域工作面來(lái)壓兩到三次，配合微震儀使用時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)，20～30m垮落一次的時(shí)候周期來(lái)壓時(shí)采空區(qū)懸板一次垮落，垮落情況較好。而多次垮落時(shí)發(fā)現(xiàn)在8113采煤工作面的兩端礦震較少，且每次垮落能量較小，說(shuō)明老頂關(guān)鍵層較堅(jiān)硬難于垮落，且8113工作面頭四尾五是過(guò)渡支架不放煤難于垮落，所以采取的措施是在工作面頭尾進(jìn)行退錨機(jī)退錨，采取措施后8113工作面采空區(qū)懸板垮落更及時(shí)了，一個(gè)來(lái)壓周期內(nèi)多次垮落的情況變少了。我們通過(guò)微震儀配合采煤工作面壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確掌握信息解決實(shí)際問(wèn)題，而不是像以往跟著經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)走某確定采空區(qū)懸板垮落情況。

如下圖3所示目前重點(diǎn)監(jiān)測(cè)二盤(pán)區(qū)的8202工作面，圖上方塊是微震傳感儀。左下部的兩個(gè)工作面一個(gè)是馬上要采完的8203工作面，一個(gè)是馬上要開(kāi)采的8202工作面。

圖3 同忻礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)微震傳感儀布置方案

4 結(jié)論

以同忻煤礦預(yù)防礦壓為研究背景，通過(guò)電磁輻射儀與微震儀，對(duì)本礦井的礦壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要結(jié)論如下：

采用電磁輻射儀與微震儀建立從局部到整體的礦壓系統(tǒng)是非常重要的，通過(guò)礦壓對(duì)礦井的震動(dòng)情況實(shí)施了解監(jiān)測(cè)，為日常的工作提供可靠的數(shù)據(jù)，使井下開(kāi)采過(guò)程中減少掘進(jìn)量和應(yīng)力集中區(qū)域，有效地防治沖擊地壓等強(qiáng)礦壓，同時(shí)還可以進(jìn)行沖擊地壓等世界性難題的深入研究。