煤礦沖擊危險(xiǎn)預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

買(mǎi)巧利,吳學(xué)松

(1.華亭煤業(yè)集團(tuán)華亭煤礦,甘肅 平?jīng)?744100;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,江蘇 徐州 221116;3.華亭煤業(yè)集團(tuán)硯北煤礦,甘肅 平?jīng)?744100)

0 引言

隨著煤炭開(kāi)采機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)的迅猛發(fā)展,礦井生產(chǎn)強(qiáng)度與開(kāi)采深度日益加大,在一定程度上導(dǎo)致了沖擊地壓災(zāi)害的普遍化;且沖擊地壓礦井在中國(guó)遼寧、山東、陜西、內(nèi)蒙、新疆、甘肅、河南、江蘇等產(chǎn)煤省份均有存在。

在沖擊地壓機(jī)理研究、防范治理等方面,沖擊危險(xiǎn)識(shí)別(預(yù)測(cè)與預(yù)警)技術(shù)是沖擊地壓防治的重要研究方向之一,對(duì)沖擊地壓防治工作具有關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用,在防治措施制定、防沖資源配置、防治效果檢驗(yàn)、人員安全保障等方面具有重要意義。筆者從預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)警2方面綜述沖擊危險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,分析沖擊危險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題,提出新技術(shù)發(fā)展思路,并對(duì)其總體發(fā)展趨勢(shì)和方向進(jìn)行展望。

1 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)展

沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)是通過(guò)定性、定量或綜合性方法對(duì)開(kāi)采煤層的固有沖擊危險(xiǎn)屬性進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)其沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行分級(jí)。根據(jù)《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》,沖擊危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)可以分為礦井、煤層、水平、采區(qū)、工作面等尺度,在應(yīng)用定位上可以將其歸為采掘活動(dòng)之前的,利用地質(zhì)、開(kāi)采、巷道設(shè)計(jì)、煤巖體性質(zhì)或臨近工作面、煤層的沖擊顯現(xiàn)信息等已知固定因素來(lái)評(píng)判沖擊危險(xiǎn)性,為沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警、防范治理方法選擇與優(yōu)化提供依據(jù),常見(jiàn)的方法有綜合指數(shù)法、多因素疊加法及應(yīng)力指數(shù)相關(guān)方法等[1]。

綜合指數(shù)法[2]最早是竇林名及其研究團(tuán)隊(duì)提出的,主要是基于自然地質(zhì)因素和開(kāi)采技術(shù)因素2個(gè)方面,其中自然地質(zhì)因素7項(xiàng)指標(biāo)、開(kāi)采技術(shù)因素11項(xiàng)指標(biāo),通過(guò)指標(biāo)賦值與綜合評(píng)判,確定沖擊危險(xiǎn)綜合指數(shù)。綜合指數(shù)法應(yīng)用范圍廣、適用性強(qiáng),是《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》中指定的優(yōu)先選擇使用的預(yù)測(cè)方法。多因素疊加法是牟宗龍等[3]提出的,該方法通過(guò)不同沖擊因素疊加影響程度確定危險(xiǎn)等級(jí),即對(duì)所評(píng)價(jià)區(qū)域受到一個(gè)或多個(gè)沖擊危險(xiǎn)因素而確定的危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行耦合疊加,通過(guò)一定規(guī)則,最終確定評(píng)價(jià)區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)等級(jí)。多因素疊加法一般應(yīng)用于沖擊危險(xiǎn)區(qū)域細(xì)致劃分,此方法簡(jiǎn)便易用,具有較強(qiáng)的普適性。姜福興等[4]提出一種基于自重應(yīng)力基礎(chǔ)之上疊加各個(gè)沖擊危險(xiǎn)性因素產(chǎn)生的應(yīng)力增量的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。該方法在評(píng)價(jià)區(qū)域某一點(diǎn)自重應(yīng)力基礎(chǔ)上,疊加各個(gè)誘發(fā)沖擊地壓因素對(duì)該點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力增量,運(yùn)用沖擊危險(xiǎn)性判斷指數(shù)(煤體總應(yīng)力與煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度比值)將工作面危險(xiǎn)程度區(qū)域劃分為無(wú)、輕度、中度、重度沖擊危險(xiǎn),該方法能使回采工作面沖擊危險(xiǎn)評(píng)價(jià)更趨量化。王愛(ài)文等[5]提出臨界應(yīng)力指數(shù)法對(duì)巷道沖擊地壓危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)和沖擊危險(xiǎn)區(qū)域劃分,該方法以待評(píng)價(jià)采掘區(qū)域?qū)嶋H煤體應(yīng)力狀態(tài)與臨界應(yīng)力的比值,結(jié)合實(shí)際阻力區(qū)與臨界阻力區(qū)的對(duì)比關(guān)系,提出沖擊地壓發(fā)生指標(biāo),根據(jù)指標(biāo)值由低到高分別對(duì)應(yīng)無(wú)、弱、中和強(qiáng)4個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于充分考慮“應(yīng)力-圍巖-支護(hù)”的整體性。竇林名等[6]提出相對(duì)應(yīng)力集中分析法,將待分析區(qū)域內(nèi)影響沖擊地壓發(fā)生的某一因素引起的最大主應(yīng)力與自重應(yīng)力之比記為相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)分量,各分量的乘積記為該區(qū)域的相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù),根據(jù)相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)劃分為無(wú)、弱、中、強(qiáng)4個(gè)等級(jí),此方法解決了沖擊顯現(xiàn)無(wú)法用現(xiàn)有強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行表述、不同應(yīng)力無(wú)法標(biāo)量疊加的問(wèn)題。

近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,灰色系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)以及數(shù)值模擬技術(shù)被廣泛應(yīng)用于沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)研究。這些研究成果均具有一定的創(chuàng)新性,極大地推動(dòng)了沖擊地壓危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展,但鑒于配套軟件研發(fā)及應(yīng)用的滯后,研究成果現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用還較少。

2 監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)進(jìn)展

2.1 監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展

2.1.1 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)

微震(微地震)是指頻率小于150 Hz、能量大于100 J的低頻震動(dòng)現(xiàn)象。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)記錄和分析此類(lèi)現(xiàn)象,從而研究煤巖體受載破壞的一種地球物理學(xué)方法,如圖1所示。近年來(lái),微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用,加拿大、波蘭、澳大利亞、南非等國(guó)分別研發(fā)了礦山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。微震分析中最重要和基礎(chǔ)的工作是對(duì)震源進(jìn)行定位和能量計(jì)算,關(guān)鍵性問(wèn)題就是震源定位精度問(wèn)題,其取決于探頭(拾震器)監(jiān)測(cè)精度、臺(tái)網(wǎng)布置和定位算法等因素。井下微震系統(tǒng)在使用時(shí),受限于井下巷道布置,微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的立體包裹不足,易對(duì)定位造成較大誤差。隨著4G、5G通信技術(shù)的發(fā)展,建立基于4G、5G通信傳輸技術(shù)與井下微震系統(tǒng)為主的井上下全天候、全天時(shí)立體礦井微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)成為破解這一問(wèn)題的有效途徑。

圖1 SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig.1 SOS micro-seismic monitoring system

2.1.2 地音/聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)

地音/聲發(fā)射是指煤巖體在受載過(guò)程中產(chǎn)生的損傷、微破裂、微裂紋的擴(kuò)展、微破壞等現(xiàn)象,其振動(dòng)頻率一般處于100～2 000 Hz范圍,震動(dòng)能量一般小于100 J,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。煤巖體的破壞伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象,煤巖體損傷破壞與聲發(fā)射之間的具有良好的耦合關(guān)系,特別是蠕變的第二階段,是成正比的。聲發(fā)射的較大變化和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)說(shuō)明了巖體平衡狀態(tài)的變化和危險(xiǎn)性的變化--危險(xiǎn)性增加或降低。根據(jù)此原理可對(duì)沖擊礦壓危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)。

2.1.3 電磁輻射技術(shù)

電磁輻射監(jiān)測(cè)方法是利用儀器監(jiān)測(cè)煤巖沖擊破裂過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射來(lái)預(yù)測(cè)沖擊礦壓危險(xiǎn)。電磁輻射值基本上隨著煤巖體載荷的增大而增強(qiáng),隨著加載及變形速率的增加而增強(qiáng),煤試樣在發(fā)生沖擊性破壞以前,電磁輻射強(qiáng)度一般在某個(gè)值以下,而在沖擊破壞時(shí),電磁輻射強(qiáng)度突然增加,脈沖數(shù)隨著載荷的增大及變形破裂過(guò)程的增強(qiáng)而增大,顯然,利用這一規(guī)律可以有效預(yù)測(cè)沖擊地壓。根據(jù)監(jiān)測(cè)方式不同,電磁輻射監(jiān)測(cè)儀分為連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和便攜式2種。自20世紀(jì)90年代開(kāi)始,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)率先對(duì)煤巖電磁輻射的產(chǎn)生機(jī)理、特征、規(guī)律及傳播特性等進(jìn)行深入研究,提出電磁輻射預(yù)測(cè)煤巖動(dòng)力災(zāi)害的原理及方法,研制KBD5型便攜式電磁輻射監(jiān)測(cè)儀和KBD7型在線式電磁輻射監(jiān)測(cè)儀,GDD12聲電傳感器和YDD16便攜式煤巖動(dòng)力災(zāi)害聲電監(jiān)測(cè)儀,研發(fā)KJ系列煤巖動(dòng)力災(zāi)害聲電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在全國(guó)多個(gè)礦井進(jìn)行了應(yīng)用。

2.1.4 鉆屑監(jiān)測(cè)法

鉆屑法(煤粉鉆孔法)是通過(guò)在煤層中打直徑為42～50 mm的鉆孔,根據(jù)排出的煤粉量、變化規(guī)律和有關(guān)動(dòng)力效應(yīng)鑒別沖擊危險(xiǎn)性的一種方法,該方法簡(jiǎn)便易行、適用性強(qiáng)。鉆屑法是一種點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法。陸振裕等[7]借助插值分析的方法獲得整條巷道不同區(qū)段的煤粉量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)巷道不同區(qū)段沖擊危險(xiǎn)性大小的評(píng)判。李忠華等[8]對(duì)鉆屑法又進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)鉆頭溫度上升速率、鉆孔溫度、鉆粉溫度與鉆屑量有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,隨鉆屑量的增加,鉆頭溫度上升速率、鉆孔溫度、鉆粉溫度均呈上升趨勢(shì),這些參數(shù)可以作為礦井動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)參考指標(biāo)。

2.1.5 煤巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)法

煤巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)法是通過(guò)監(jiān)測(cè)煤巖體中的應(yīng)力及變化趨勢(shì),來(lái)確定沖擊地壓危險(xiǎn)性的一種監(jiān)測(cè)方法。當(dāng)前煤巖沖擊動(dòng)力災(zāi)害應(yīng)力實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤體應(yīng)力的24 h連續(xù)監(jiān)測(cè),將煤體應(yīng)力值與應(yīng)力增量作為沖擊危險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),煤巖應(yīng)力系統(tǒng)布置如圖3所示。曲效成等[9]對(duì)鉆屑量、支承壓力以及鉆孔應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行了深入研究,通過(guò)應(yīng)力測(cè)量代替鉆屑量作為沖擊地壓危險(xiǎn)性主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面前方應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)及危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)預(yù)警。王健達(dá)等[10]利用光纖光柵鉆孔應(yīng)力計(jì)實(shí)現(xiàn)煤礦井下1孔多點(diǎn)采動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)的采集,將應(yīng)力梯度作為預(yù)警指標(biāo),實(shí)現(xiàn)基于采動(dòng)應(yīng)力測(cè)試技術(shù)的沖擊地壓預(yù)警系統(tǒng)。

圖3 煤巖應(yīng)力系統(tǒng)Fig.3 Stress system of coal and rock

2.1.6 CT反演分析法

震動(dòng)波CT技術(shù)(波速層析成像技術(shù))作為一種地球物理方法被廣泛應(yīng)用于工程與地質(zhì)診斷,利用地震波射線對(duì)煤巖體進(jìn)行透視,通過(guò)地震波走時(shí)對(duì)煤巖體進(jìn)行反演計(jì)算成像,依據(jù)建立的波速與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型進(jìn)一步分析得到煤巖體應(yīng)力場(chǎng)分布,如圖4所示。鞏思園等[11]在實(shí)驗(yàn)室單軸條件下對(duì)沖擊傾向性煤巖樣的應(yīng)力與縱波波速耦合關(guān)系進(jìn)行研究,巖樣縱波波速對(duì)應(yīng)力的敏感程度高,兩者之間存在冪函數(shù)關(guān)系,可以服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)層析成像沖擊危險(xiǎn)性計(jì)算。竇林名等[12]在應(yīng)力與縱波波速的試驗(yàn)關(guān)系模型基礎(chǔ)上,構(gòu)建震動(dòng)波波速異常系數(shù)An、波速梯度變化系數(shù)VG,并給出各指標(biāo)的判別準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)沖擊危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。震動(dòng)波CT技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用與沖擊危險(xiǎn)區(qū)域探測(cè)與評(píng)價(jià)、卸壓效果檢驗(yàn)等方面。

圖4 KJ470地震被動(dòng)波反演云圖Fig.4 KJ470 seismic passive wave inversion cloud map

2.1.7 電荷監(jiān)測(cè)法

由于在煤巖微破裂過(guò)程中,裂隙尖端的電荷分離和摩擦?xí)a(chǎn)生電荷感應(yīng)信號(hào),且隨著載荷增加,電荷感應(yīng)信號(hào)逐漸增加,在煤巖體破壞失穩(wěn)時(shí)刻前后,電荷感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最大值,隨后電荷感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度減小,因此利用煤巖變型破壞過(guò)程中產(chǎn)生的電荷感應(yīng)信號(hào)規(guī)律對(duì)沖擊地壓等煤巖動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。但電荷監(jiān)測(cè)法應(yīng)用不多,仍然處于試驗(yàn)階段。

2.2 綜合監(jiān)測(cè)體系及平臺(tái)

單純依靠一種手段識(shí)別沖擊危險(xiǎn),存在一定的局限性,隨著監(jiān)控手段日益豐富、監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系建設(shè)日益完善以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,綜合監(jiān)測(cè)體系及平臺(tái)建設(shè)得到迅速發(fā)展。姜福興等[13]提出“時(shí)間-空間-強(qiáng)度”實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu),建立以“高精度微地震監(jiān)測(cè)和沖擊地壓(應(yīng)力動(dòng)態(tài))實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”為主、其他手段為輔的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),指出實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)為主、人工抽樣檢驗(yàn)為輔和以治理為目的的監(jiān)測(cè)是沖擊地壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。潘俊峰等[14]對(duì)微震、地音、應(yīng)力、鉆屑評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分析,形成了沖擊地壓多源監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系,提出沖擊地壓動(dòng)-靜態(tài)評(píng)估方法及綜合預(yù)警模型,建立預(yù)警信息分級(jí)輸出標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)發(fā)了一套集接口融合、格式轉(zhuǎn)化、統(tǒng)計(jì)分析、指標(biāo)優(yōu)先、權(quán)重計(jì)算、等級(jí)預(yù)警等為一體的沖擊地壓綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)。竇林名等[15]根據(jù)動(dòng)靜載疊加誘沖機(jī)理,指出沖擊礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警須從應(yīng)力場(chǎng)、震動(dòng)場(chǎng)、能量場(chǎng)3個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行,利用大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)技術(shù),研發(fā)涵蓋應(yīng)力場(chǎng)、震動(dòng)場(chǎng)、能量場(chǎng)的沖擊礦壓風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)與多參量監(jiān)測(cè)預(yù)警云平臺(tái)[15],如圖5所示。

圖5 基于“應(yīng)力場(chǎng)、震動(dòng)場(chǎng)、能量場(chǎng)”綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)Fig.5 Integrated monitoring platform based on “stress field,vibration field and energy field”

3 存在的問(wèn)題

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)利用率不高:隨著沖擊地壓災(zāi)害治理管理的逐步規(guī)范,礦井均裝備了較為完善的沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),獲得大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),但從海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取有效信息的能力和技術(shù)手段明顯匱乏,致使數(shù)據(jù)挖掘深度不足。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題,竇林名、姜福興、潘俊峰等專家學(xué)者相繼提出綜合性監(jiān)測(cè)技術(shù)手段,推動(dòng)數(shù)據(jù)利用率的提升,但目前仍存在以下關(guān)鍵制約點(diǎn),①單一監(jiān)測(cè)手段分析與多手段耦合性分析不足,綜合監(jiān)控平臺(tái)存在過(guò)分倚重某種監(jiān)測(cè)手段的現(xiàn)象;②礦井監(jiān)測(cè)人員數(shù)據(jù)分析能力不足,過(guò)分依賴科研高校支持,不能及時(shí)利用數(shù)據(jù)異變性判斷沖擊危險(xiǎn)性;③監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不能有效指導(dǎo)沖擊地壓防治與生產(chǎn)組織,預(yù)警準(zhǔn)確度低導(dǎo)致出現(xiàn)類(lèi)似于“狼來(lái)了”的現(xiàn)象,致使依據(jù)沖擊地壓監(jiān)測(cè)調(diào)控生產(chǎn)時(shí)阻力巨大,不易開(kāi)展活動(dòng)。

平臺(tái)建設(shè)不完善:平臺(tái)現(xiàn)階段存在的突出問(wèn)題是理論先進(jìn)性和平臺(tái)軟件配置相對(duì)落后的矛盾。沖擊地壓研究團(tuán)隊(duì)在沖擊地壓監(jiān)測(cè)方法、理論研究方面具有明顯優(yōu)勢(shì),但在軟件制定上存在明顯短板,平臺(tái)系統(tǒng)接口不統(tǒng)一,界面不友好,運(yùn)行穩(wěn)定性差,直接影響用戶體驗(yàn)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選擇片面追求大而全:在礦井沖擊地壓防治實(shí)踐中,許多礦井依舊認(rèn)為監(jiān)測(cè)手段越多越好,以此作為重視沖擊地壓工作的依據(jù)。這主要是由以下原因?qū)е碌?①對(duì)于礦井自身的致災(zāi)主控因素分析不清、把控不準(zhǔn),無(wú)法確認(rèn)合理的監(jiān)控方式;②迫于監(jiān)察系統(tǒng)壓力,出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)“不用不行”狀況,某個(gè)礦用了這種監(jiān)測(cè)手段,另一個(gè)礦不用就認(rèn)為是監(jiān)控系統(tǒng)不完善。

監(jiān)測(cè)方法開(kāi)發(fā)持續(xù)推動(dòng)力不足:從當(dāng)前沖擊地壓監(jiān)測(cè)情況看,創(chuàng)新性的方法較多,但實(shí)際應(yīng)用推廣較少,很多方法只是停留在研究實(shí)驗(yàn)階段,沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用,主要是未能真正建立研企聯(lián)合機(jī)制,成果得不到有效利用。

4 監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展思路

縱觀沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)展,其經(jīng)歷了由單一監(jiān)測(cè)到綜合平臺(tái)、由數(shù)據(jù)展示到可視化展示、由人工分析到智能研判的歷程,當(dāng)前沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)警還可以在以下方面進(jìn)行發(fā)展和突破。

規(guī)范化前期沖擊地壓危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法:這里所說(shuō)的“規(guī)范化”并不是指現(xiàn)有的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法存在問(wèn)題,而是將經(jīng)審核科學(xué)合理的方法以國(guó)家或行業(yè)層面的規(guī)范性文件發(fā)布,例如,以國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式,使其更具有權(quán)威性。同時(shí),可以將方法的適用性、具體執(zhí)行步驟(評(píng)判方法)、參數(shù)確定方法、特殊情況應(yīng)用原則、多種方法使用的優(yōu)先級(jí)等情況進(jìn)行明確規(guī)范,更加有利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操應(yīng)用。

“小時(shí)級(jí)”預(yù)警技術(shù)研究:監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性一直是沖擊地壓防治方面研究的重點(diǎn)問(wèn)題,也是很多人員抨擊、質(zhì)疑沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)效能的出發(fā)點(diǎn)。鑒于能量釋放造成沖擊地壓還要取決于卸壓解危效果、支護(hù)效果等因素,因此在評(píng)判監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)確性時(shí)應(yīng)將監(jiān)測(cè)預(yù)警的目標(biāo)由現(xiàn)場(chǎng)沖擊顯現(xiàn)向大能量礦震轉(zhuǎn)變,或?qū)⑿秹航馕ＰЧ?、支護(hù)效果等因素進(jìn)行量化,融入監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。當(dāng)前,能在3 d內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)已是較高監(jiān)測(cè)預(yù)警水平,但按照安全組織生產(chǎn)的要求,依舊不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的高效生產(chǎn),因此將監(jiān)測(cè)預(yù)警精確性“小時(shí)”亟待解決?？梢园凑?種思路開(kāi)展,①針對(duì)特定礦井,深入研究沖擊地壓顯現(xiàn)機(jī)理與主控因素,在基礎(chǔ)預(yù)警指標(biāo)的基礎(chǔ)上,分析提出礦井特定專用靈敏指標(biāo);②充分耦合利用各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn),首先判斷整體危險(xiǎn)性,當(dāng)整體危險(xiǎn)性有明顯升高且超過(guò)預(yù)定指標(biāo)值時(shí),再加強(qiáng)其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)頻度,縮減監(jiān)測(cè)時(shí)間尺度,比如微震監(jiān)測(cè)在整體危險(xiǎn)性趨勢(shì)評(píng)判性具有優(yōu)異表現(xiàn),但在評(píng)判時(shí)間尺度上偏大,需要地音/聲發(fā)射、電磁輻射等技術(shù)進(jìn)行配合,將監(jiān)測(cè)精度向小時(shí)壓縮。

搭建空間廣域監(jiān)測(cè)體系:搭建空間廣域監(jiān)測(cè)體系主要是針對(duì)區(qū)域微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),當(dāng)前區(qū)域監(jiān)測(cè)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多以礦井為單位建設(shè)。在現(xiàn)場(chǎng)沖擊地壓防治過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題,當(dāng)多個(gè)礦井開(kāi)采同一沖擊地壓煤層時(shí),無(wú)法有效評(píng)判各礦井之間的相互影響,而這種礦井間采掘擾動(dòng)影響往往會(huì)造成無(wú)法預(yù)判的沖擊顯現(xiàn),這就需要針對(duì)煤田建立空間廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)整個(gè)井田沖擊危險(xiǎn)性變化區(qū)域,協(xié)調(diào)指導(dǎo)礦井沖擊地壓防治。

5 結(jié)語(yǔ)

沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)對(duì)沖擊地壓防治具有重要的先決指導(dǎo)意義,是沖擊地壓防治研究的重要方向之一,沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)是前期危險(xiǎn)性判斷,監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)是實(shí)時(shí)判斷沖擊危險(xiǎn)性。通過(guò)眾多學(xué)者專家、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的深入研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐以及信息化技術(shù)的發(fā)展,預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)逐步由單一性監(jiān)測(cè)向多種技術(shù)綜合研判發(fā)展,沖擊危險(xiǎn)性分析準(zhǔn)確性得到極大提升。當(dāng)前大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)也被應(yīng)用到?jīng)_擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)中,已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)云綜合監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用。隨著沖擊機(jī)理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法、監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究的不斷深入,以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)為先導(dǎo),以適用性沖擊機(jī)理與靈敏預(yù)警指標(biāo)為基礎(chǔ),以多參量前兆信息學(xué)習(xí)庫(kù)與大數(shù)據(jù)智能判識(shí)預(yù)警技術(shù)為支撐,必能實(shí)現(xiàn)煤礦沖擊地壓災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、人工智能判識(shí)、準(zhǔn)確預(yù)警、迅速反饋的沖擊地壓預(yù)警模式,全面提升煤礦沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)及監(jiān)控預(yù)警能力。