沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)在常村煤礦的應(yīng)用

王淵 楊志全 周宗紅

摘? 要： 常村煤礦2016年引進(jìn)北京科技的沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，平臺(tái)整合了礦山已有的幾種監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警。平臺(tái)極大提高了分析數(shù)據(jù)的效率，減少了人工分析數(shù)據(jù)的工作量，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)收集和分析，有利于及時(shí)對(duì)沖擊地壓發(fā)生做出預(yù)警判斷，保障礦山安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 綜合預(yù)警;沖擊地壓;監(jiān)測(cè)應(yīng)用

【Abstract】： In 2016， Changcun Coal Mine introduced the comprehensive monitoring and early warning platform for impact and pressure of Beijing Science and Technology. The platform integrated several existing monitoring equipments of the mine to realize its joint monitoring and early warning. The platform greatly improves the efficiency of analyzing data， reduces the workload of manual analysis of data， and ensures the timely collection and analysis of monitoring data， which is conducive to timely warning of the occurrence of impact pressure and ensuring mine safety production.

【Key words】： Comprehensive early warning; Impact ground pressure; Monitoring application

0? 引言

沖擊地壓是煤礦開采中典型的動(dòng)力災(zāi)害之一，通常是在煤、巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導(dǎo)致煤巖層瞬時(shí)破壞并伴隨有煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞及人身傷亡事故[1]。由于沖擊地壓的隨機(jī)性和突發(fā)性，以及破壞形式的多樣性，使得沖擊地壓的預(yù)測(cè)工作變得極為困難復(fù)雜，單憑一種方法是不可靠的，必須根據(jù)具體情況采用多種方法進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)[2]。監(jiān)測(cè)預(yù)警是沖擊地壓防治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[3]。

我國(guó)沖擊地壓礦井大多已裝備了應(yīng)力、微震等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些裝備對(duì)于沖擊地壓的防治起到了積極作用。但是，近年來(lái)隨著開采深度和強(qiáng)度的不斷增加，沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生的頻度和烈度隨之增加，單參量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)已不能滿足大范圍、連續(xù)、實(shí)時(shí)、全面的預(yù)警需求。能夠兼容已有沖擊地壓監(jiān)測(cè)裝備，并實(shí)現(xiàn)其聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警的監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)是提高沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)確性的必由之路。

目前，常村煤礦的生產(chǎn)采區(qū)是21區(qū)，最大開采深度達(dá)800余米。常村煤礦采掘工作面多集中布置于21采區(qū)下部，由于生產(chǎn)過(guò)于集中，采掘干擾大，開采強(qiáng)度逐漸增大，導(dǎo)致沖擊地壓顯現(xiàn)，對(duì)職工的人身安全和礦井的安全生產(chǎn)造成一定的威脅。常村煤礦引進(jìn)安科公司開發(fā)的沖擊地壓監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)，針對(duì)礦井已裝備的沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地音監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等），實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)錄入，并集中展示、分析、管理。通過(guò)多參量聯(lián)合預(yù)警算法研究，運(yùn)用多參量聯(lián)合預(yù)警軟件，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓多參量自動(dòng)預(yù)警，避免人工數(shù)據(jù)分析的滯后性和差異性，同時(shí)提高監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)確性和及時(shí)性[4]。

平臺(tái)預(yù)警軟件系統(tǒng)配置各類分系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集助手，實(shí)現(xiàn)包括鉆孔應(yīng)力、微震、地音、支架阻力、鉆屑量等分系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)的采集不影響分系統(tǒng)正常使用。

1? 沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)結(jié)構(gòu)

1.1? 多參量監(jiān)測(cè)原理

沖擊地壓多參量監(jiān)測(cè)是近幾年提出的監(jiān)測(cè)理念，相關(guān)學(xué)者開展了部分理論研究。竇林名[5]認(rèn)為沖擊地壓?jiǎn)螀⒘勘O(jiān)測(cè)很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)警，并從靜應(yīng)力場(chǎng)和震動(dòng)場(chǎng)兩方面，提出兩者聯(lián)合監(jiān)測(cè)能夠顯著提高沖擊地壓預(yù)警效果;鞠文君[6]提出監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果的權(quán)重分析法，認(rèn)為“集中靜載荷”作為內(nèi)因，在預(yù)警結(jié)果中所占比重大，“集中動(dòng)載荷”作為外

因，所占比重相對(duì)較小;姜福興[7]指出，在開展沖擊地壓多參量監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于對(duì)技術(shù)掌握程度和關(guān)鍵指標(biāo)合理性的把握不同，各礦監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性和可靠性差別很大;劉金海[8]指出，采用“震動(dòng)場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)”聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)沖擊地壓的全局無(wú)縫監(jiān)測(cè)。

多參量預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)，既充分利用了礦井現(xiàn)有的各種監(jiān)測(cè)手段，又可提高監(jiān)測(cè)預(yù)警的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。各監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)合起來(lái)可構(gòu)成一個(gè)大的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，這個(gè)大系統(tǒng)由各個(gè)單一的小系統(tǒng)組成，對(duì)小系統(tǒng)排序，設(shè)置一定的程序來(lái)運(yùn)行這個(gè)大的系統(tǒng)，從而達(dá)到提升沖擊地壓的監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性[9]。

1.2? 沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)大屏由液晶顯示屏、多屏處理器、控制主機(jī)和專業(yè)數(shù)據(jù)連接線纜組成，結(jié)構(gòu)如下圖所示。各子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖像信息通過(guò)VGA信號(hào)線接入多屏處理器處，數(shù)據(jù)經(jīng)處理匯總后，以DVI信號(hào)線傳輸形式接入大屏顯示器，實(shí)現(xiàn)子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大屏幕上的實(shí)時(shí)展示。

1.3? 軟件架構(gòu)

沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)軟件由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取助手、主監(jiān)測(cè)分析軟件和云傳輸軟件三大部分組成。主監(jiān)測(cè)分析軟件為：沖擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件;數(shù)據(jù)獲取助手包括：微震數(shù)據(jù)獲取助手、地音獲取助手及應(yīng)力支護(hù)力獲取助手、鉆屑量獲取助手;云傳輸軟件為：運(yùn)輸局傳輸助手[4]。

2? 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1? 預(yù)警方法處理

2.1.1? 預(yù)警級(jí)別的確定

根據(jù)危險(xiǎn)性指數(shù)的大小，劃分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)區(qū)的沖擊危險(xiǎn)等級(jí)，共分為“無(wú)沖擊、弱沖擊、中等沖擊和強(qiáng)沖擊”四個(gè)等級(jí)[10]。當(dāng)0

常村煤礦沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)主要把微震、應(yīng)力、鉆屑等數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，系統(tǒng)安裝完成后運(yùn)行穩(wěn)定，克服了監(jiān)測(cè)設(shè)備互相獨(dú)立，數(shù)據(jù)不方便集中處理的缺點(diǎn)，極大提高了常村村煤礦的沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警水平，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效處理，軟件具有可接入監(jiān)測(cè)設(shè)備廣泛、預(yù)警參數(shù)可調(diào)節(jié)等較強(qiáng)的適用性，保證了生產(chǎn)安全順利進(jìn)行。

2.1.2? 平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

常村煤礦21170上下巷外段布置在21延深煤柱工作面采空區(qū)下。上巷自21170運(yùn)煤聯(lián)絡(luò)巷開口掘進(jìn)，與21150下巷留8 m凈煤柱布置，長(zhǎng)度932 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘進(jìn)（留底煤1.5m）;下巷自21延深輔助軌道下山開口，長(zhǎng)度931 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘進(jìn)（留底煤1.5 m）。21170工作面設(shè)計(jì)為綜采放頂煤工作面，開932 m，下巷走向長(zhǎng)931 m，工作面斜長(zhǎng)230 m?？刹勺呦蜷L(zhǎng)度759 m，可采儲(chǔ)量252萬(wàn)噸。

2018年2月13日，7：08分21170工作面上巷外口以里676米處，上巷以上27米處（現(xiàn)切眼以外171 m），發(fā)生能量為3.83E+05J的沖擊地壓事件。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)有煤塵，震感明顯;21170上巷207#、182#、162#、149#液壓抬棚向上幫滑移0.1 m;其它無(wú)明顯破壞。

預(yù)警平臺(tái)在事件發(fā)生前一天21170工作面綜合顯示預(yù)警等級(jí)為中等沖擊危險(xiǎn)，預(yù)示未來(lái)該地區(qū)發(fā)生沖擊危險(xiǎn)的可能性極大。

（1）事件發(fā)生前平臺(tái)微震數(shù)據(jù)

從12日早8點(diǎn)至13日7點(diǎn)8分之間一共發(fā)生7次能量事件，104J以上事件7個(gè)，105J以上事件1個(gè)，105J事件現(xiàn)場(chǎng)有破壞。9、10日總能量和總頻次均極低，12日微震總能量達(dá)到6.00E+05J，能量較前兩天急劇增加，微震事件位置集中在上巷外口以里700 m處，此處沖擊危險(xiǎn)程度增大。

根據(jù)義煤公司關(guān)于規(guī)范沖擊礦井微震預(yù)警指標(biāo)函要求，綜放工作面24個(gè)小時(shí)內(nèi)104J以上微震事件總頻次不能超過(guò)8次，2018年2月12日21220微震事件總頻次達(dá)到7次，接近預(yù)警條件極限。

（2）事件發(fā)生前平臺(tái)地音數(shù)據(jù)

12日當(dāng)天地音能量、異常指數(shù)均明顯高于前一周的異常指數(shù)。12日X1頻次異常指數(shù)為0.227363132，x2頻次異常指數(shù)為0.2894968，x1能量異常指數(shù)為0.16751269，x2能量異常指數(shù)為0.175933632，相比11日X1，X2通道的異常指數(shù)增長(zhǎng)明顯。

（3）事件發(fā)生前平臺(tái)應(yīng)力數(shù)據(jù)

從應(yīng)力12日預(yù)警看出21170上巷應(yīng)力18處當(dāng)天最大值與前一天最大值相同，2處增幅下降，3處增幅上升，并且上升增幅不明顯，應(yīng)力系統(tǒng)提前預(yù)警不明顯。

預(yù)警平臺(tái)綜合微震、地音和應(yīng)力數(shù)據(jù)，12日夜間預(yù)警平臺(tái)綜合預(yù)警指數(shù)為0.7，危險(xiǎn)等級(jí)綜合危險(xiǎn)等級(jí)為B級(jí)，屬于中等危險(xiǎn)等級(jí)，未來(lái)發(fā)生沖擊危險(xiǎn)可能性較大。在2018年2月13日，7：08分21170上巷外口以里676米處，發(fā)生能量為3.83E+05J沖擊地壓事件，證明預(yù)警平臺(tái)達(dá)到了理想的預(yù)警效果。

3? 結(jié)論

（1）沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的應(yīng)用大大提高了常村煤礦的沖擊地壓預(yù)警水平，保證了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

（2）構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警中心，實(shí)現(xiàn)礦井、集團(tuán)公司和遠(yuǎn)程專業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)的實(shí)時(shí)信息共享，加強(qiáng)集團(tuán)公司對(duì)下屬礦井沖擊地壓治理的集中管控，提高沖擊地壓整體治理水平。

（3）沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)的應(yīng)用提高了礦井智能化水平，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)多參量綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警，解決目前單參量監(jiān)測(cè)難以達(dá)到整體監(jiān)控預(yù)警要求的現(xiàn)狀。

（4）實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，減少人力成本，提高工作效率。以往的數(shù)據(jù)分析需要依靠監(jiān)測(cè)人員計(jì)算分析，工作量大。軟件報(bào)表一鍵生成功能，減輕監(jiān)測(cè)人員勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)避免人工誤操作造成的預(yù)警準(zhǔn)確性降低。

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