工作面冲击地压安全监测预警方法优化

冲击地压的发生是动载和静载共同作用的结果，冲击危险性监测需要采取区域、局部监测和定点监测相结合的方法。对于2北202工作面的冲击地压危险监测，主要采用区域性微地震监测系统和局域性冲击地压实时监测预警系统相结合，同时配合钻屑法和矿压监测等方法进行。

2.3.2.1　区域性微地震监测系统

微震监测系统能够捕捉岩体破裂事件，并能够对既发事件进行准确定位。根据微震事件的分布规律，判断支承压力的位置，进而根据髙应力区与煤壁的相对位置关系对冲击地压进行区域性预警。

微震监测系统可以监测冲击地压发生的位置和强度；监测采场周围岩层的三维破裂规律，进而给出采场围岩应力分布；确定采动高应力和高应力差场，为预警冲击地压提供依据；确定掘进过程中煤层超前破裂的范围，预测煤与瓦斯突出；确定坚硬岩层和矿柱破裂过程，为预测矿震提供依据；监测和预报断层活化过程，预报断层活化灾害；监测和确定超前支承压力影响范围，确定超前支护的合理参数和区段矿柱的尺寸等。

微地震监测系统可以采用集中式和分布式两种布置方案，分别用于单个采场和整个矿井区域的监测。微地震监测系统的检波器选用高灵敏度、宽频带的震动传感器，可以监测包含低频、中频、高频的各种岩层震动信号，进行由小至大的各种岩石信号的采集。此外，井下震动信号实时传输到地面监控主机后，经过定位、平面、剖面展示，可以清楚地了解井下微地震事件的位置、能量等信息，再由具有多功能的微地震事件后处理软件展示和解释后，为工程技术人员提供可靠有用的信息。

另外，微地震监测系统相应地简化了钻屑法的使用，减轻了工人的劳动强度，提高了工人的工作效率。

例如，某矿2202工作面回采过程中开展微震监测。使用KJ551高精度微震监测系统，微震监测系统由微震探头、发射器、拾震器、电缆、地面监控系统组成。材料巷距切眼180m处安装1个探头，向外间隔180m处安装1个探头，共计2个探头。运输巷走向长度150m处安装1个探头，安装位置误差不超过±10m。探头安装在φ20mm锚杆外露丝上，锚杆长度2m，全锚固，上齐托盘、螺母，每个探头配置一个发射器。

微震能量预警指标：超前工作面150m范围内及两巷周边30m范围内监测到一次能量大于1.0×104J能量为黄色预警，能量大于1.0×105J能量的微震事件为红色预警。日释放能量超过预警值时，需要下发限产或停产预警指令。

2.3.2.2　局域性冲击地压实时监测预警系统

冲击地压实时监测预警系统是能够实现准确连续监测和实时报警冲击地压危险性与危险程度的监测系统。冲击地压实时监测预警的基本原理是岩层运动、支承压力、钻屑量与钻孔围岩应力之间的内在关系。通过实时在线监测工作面前方采动应力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区与危险程度的实时监测预警和预报。系统结构如图2.4所示。

图2.4　冲击地压实时监测预警系统结构图

图2.5为采用冲击地压在线监测系统进行危险性监测预报的示意图，图2.6为依据钻孔应力变化规律判断巷帮灾害形式示意图。如果钻孔应力计在工作面前方一定距离出现应力升高，此后应力急剧下降，说明煤体破裂，工作面前方存在大范围塑性区，可能出现“大变形”。若钻孔应力计在工作面前方出现单调应力升高，几乎没有下降，说明煤体不破裂，工作面前方不存在大范围塑性区，而此时应力值已经非常高，极容易发生灾害性冲击地压。危险区形成的全过程可以在地面电脑屏幕上直观显示。

图2.5　利用冲击地压在线监测系统进行危险区监测及处理(www.xing528.com)

图2.6　依据钻孔应力变化规律判断巷帮灾害形式示意图

冲击地压在线监测系统既可以用来监测工作面前方煤体的应力，也可以通过应力计应力的变化情况进行卸压效果检验。

某矿2203煤柱工作面采用KJ649冲击地压监测预警系统，主要监测巷道煤层钻孔应力变化。对于中等及以上冲击危险区域，必须使用KJ649冲击地压监测预警系统在线实时监测工作面前方采动应力场及特定区域应力场的变化规律，记录监测数据并绘制应力变化曲线，实时准确反映采煤工作面煤体应力，及时发现应力超限预警区域，采用钻屑法对预警区域进行再次检验；对于一般冲击危险区域，可以不进行在线实时应力监测，但必须加强钻屑法监测。

如果2203工作面掘进期间，出现钻屑监测或其他矿压显现异常，建议及时布置测点进行在线实时应力监测。同时，根据2202工作面的布置特点及构造特征，压力传感器自工作面前方30m开始布置，每25m一组，每组两个，埋设深度分别为6m、12m，每组两个测点间距2m，布置方案如图2.7所示。

图2.7　压力传感器安装示意图

煤体应力监测系统在进行预警时，阙值的设定需根据冲击地压理论和煤矿现场的实际条件进行综合确定，并根据初期应用效果不断优化。地面监控中心人员通过该功能可及时掌握采掘工作面冲击地压发生可能性，以科学组织避灾及针对性解危。冲击地压应力在线监测系统预警方式见表2.7。

表2.7　冲击地压应力在线监测系统预警方式

（1）当监测区域内一组测点或某一通道达到黄色预警，则下一检修班组织人员在离预警测点1～1.5m附近进行钻屑量检验，若煤粉超标或动压明显，则马上组织卸压队对该区域按照卸压方案进行大直径钻孔卸压；若煤粉量正常，并且无动力显现则只需加强观测，重点关注该测点的应力变化情况。

（2）当监测区域内有两组以上测点达到黄色预警，则组织防冲队在该区域按照卸压方案进行大直径钻孔卸压。若测点应力没有下降，还需进行深孔爆破卸压，直到测点应力下降到绿色范围。

（3）当监测区域内一组测点或某一通道达到红色预警，则及时组织人员按照设计进行大直径钻孔卸压。若测点应力没有下降，则需进行深孔爆破卸压，直到测点应力下降到绿色范围。

（4）当监测区域内有两组以上测点达到红色预警，则需要进行停产卸压，直到测点应力下降到绿色范围。

（5）出现黄色及红色预警后卸压孔施工按照钻孔卸压解危方法进行。