龍家堡煤礦411回采期間的沖擊地壓集中動(dòng)載荷監(jiān)測

何云龍

（吉林省龍家堡礦業(yè)有限責(zé)任公司，長春 130500）

1 集中動(dòng)載荷監(jiān)測方法

能夠?qū)h(yuǎn)場動(dòng)載荷進(jìn)行監(jiān)測的主要監(jiān)測系統(tǒng)大致可以分為微震監(jiān)測系統(tǒng)、地音監(jiān)測系統(tǒng)兩類。微震監(jiān)測系統(tǒng)能夠得到震動(dòng)位置、能量大小、發(fā)展趨勢等宏觀數(shù)據(jù)。而目前地音監(jiān)測方法由于自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)可以應(yīng)用于工作面及巷道尺度范圍的近場集中動(dòng)載荷監(jiān)測，也取得了顯著的應(yīng)用效果[1]。上述兩種方法目前應(yīng)用最為廣泛，但要真正發(fā)揮其優(yōu)勢，還需要經(jīng)驗(yàn)的積累和專業(yè)知識的增加。

采用微震監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測大范圍堅(jiān)硬厚巖層斷裂、斷層活化、煤柱失穩(wěn)等所產(chǎn)生的動(dòng)載荷；采用地音監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測小范圍煤巖體破裂所產(chǎn)生的動(dòng)載荷。

從監(jiān)測范圍來說，微震監(jiān)測系統(tǒng)能夠獲得區(qū)域大范圍內(nèi)的巖層活動(dòng)的相關(guān)信息，屬于區(qū)域大范圍內(nèi)（礦井或采區(qū)）的監(jiān)測手段；而地音監(jiān)測能夠獲得煤巖體微破裂信息，但監(jiān)測范圍小，屬于局部小范圍內(nèi)（工作面、掘進(jìn)面）的監(jiān)測手段。從監(jiān)測事件類型來看，微震監(jiān)測的對象主要是震動(dòng)比較強(qiáng)烈的、震動(dòng)頻率通常小于150Hz的事件，屬于微震（簡稱MS）范疇，一般為大范圍裂隙貫通并產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象；而地音監(jiān)測的對象主要是能量比較弱的，通常為煤巖體在受力過程中，煤巖裂隙擴(kuò)張或產(chǎn)生局部破壞的現(xiàn)象，相比于微震現(xiàn)象，地音監(jiān)測為小范圍內(nèi)煤巖破壞前兆性的監(jiān)測。

2 微震和地音監(jiān)測方案

2.1 微震監(jiān)測方案

微震監(jiān)測法就是采用微震網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過提供震源位置和發(fā)生時(shí)間來確定一個(gè)微震事件及其釋放的能量，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)微震活動(dòng)性的強(qiáng)弱和頻率，并結(jié)合微震事件分布的位置判斷潛在的礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)（沖擊地壓）規(guī)律，通過識別礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律（沖擊地壓）實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)性評價(jià)和預(yù)警。

龍家堡煤礦微震監(jiān)測系統(tǒng)的當(dāng)前布置情況如圖1所示。目前共布置15臺(tái)拾震器，其中10臺(tái)分別布置在411和2011工作面兩順槽中，隨工作面推進(jìn)會(huì)適時(shí)調(diào)整位置。另外5臺(tái)分別布置在-770變電所、-880回風(fēng)下山、-880軌道下山、-950軌道下山和-1010運(yùn)輸石門。

圖1 井田范圍微震監(jiān)測系統(tǒng)布置圖

通過監(jiān)測地震活動(dòng)帶的活動(dòng)規(guī)律，對沖擊地壓的預(yù)警有很重要的意義。具體監(jiān)測過程應(yīng)對以下內(nèi)容進(jìn)行分析：

①進(jìn)行震源定位，劃定微震活動(dòng)帶；

②微震活動(dòng)在空間分布上的遷移性；

③強(qiáng)大微震活動(dòng)地區(qū)的重復(fù)性和填空性；

④微震小事件震中分布面積的變化與大事件震級和位置的關(guān)系；

⑤微震序列。

2.2 地音監(jiān)測方案

地音監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理就是應(yīng)用監(jiān)測設(shè)備對現(xiàn)場的地音事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，經(jīng)過長期監(jiān)測后，可以在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對下一時(shí)段內(nèi)監(jiān)測區(qū)域危險(xiǎn)等級進(jìn)行預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的危險(xiǎn)性評價(jià)和預(yù)警。

該監(jiān)測系統(tǒng)包括16個(gè)監(jiān)測探頭。工作面回采期間，411運(yùn)輸、回風(fēng)順槽回采幫各布設(shè)3個(gè)地音監(jiān)測探頭，具體位置如圖2所示。當(dāng)工作面推進(jìn)到距離最近探頭20m的時(shí)候，將最近一組探頭移至最遠(yuǎn)探頭以外50m位置，以此方式循環(huán)移動(dòng)傳感器。

根據(jù)龍家堡礦目前擁有的監(jiān)測條件和現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇微震監(jiān)測、地音監(jiān)測的監(jiān)測手段。

3 411回采期間沖擊地壓防治方案

沖擊危險(xiǎn)區(qū)分為靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)和動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)。靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)是指通過沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)獲得的危險(xiǎn)區(qū)，是一種潛在的危險(xiǎn)區(qū)，主要有地質(zhì)、開采條件決定[2]，是一種已經(jīng)顯現(xiàn)或?qū)⒁@現(xiàn)的危險(xiǎn)區(qū)。

圖2 411工作面回采期間地音傳感器布置方案圖

靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)處理思路：在工作面回采過程中，對沖擊危險(xiǎn)性預(yù)評價(jià)所劃分出的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)卸壓處理，通過改變煤體的物理性質(zhì)，降低沖擊傾向指標(biāo)，從而達(dá)到消除沖擊危險(xiǎn)的目的。其特點(diǎn)是預(yù)卸壓，主要采用工作面超前兩順槽煤層大直徑鉆孔卸壓、爆破卸壓等常規(guī)防治方法。

動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)處理思路：依據(jù)沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警結(jié)果，根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域不同危險(xiǎn)等級實(shí)施與之對應(yīng)的解危手段，通過改變煤體的物理性質(zhì)，促使應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到解除沖擊危險(xiǎn)的目的，其特點(diǎn)是解危。動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)主要包括地音監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出的c級以上危險(xiǎn)預(yù)警區(qū)域、煤粉量超標(biāo)或有異常動(dòng)力現(xiàn)象的區(qū)域等。解危手段主要采用大孔徑鉆孔或煤層爆破卸壓手段。

除了對預(yù)評價(jià)劃分出的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行常規(guī)防治、對監(jiān)測預(yù)警給出危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行及時(shí)解危這兩種沖擊地壓防治方法外，回采過程中遇到特殊地質(zhì)環(huán)境或特殊時(shí)期時(shí)需要做局部區(qū)域?qū)ｍ?xiàng)治理方案[3]，主要包括：斷層影響區(qū)域，留設(shè)底煤區(qū)域，巷道貫通區(qū)域，頂板來壓時(shí)期及工作面見方時(shí)期。