矿山顶板事故防治-太原理工大学张百胜-第八章 冲击地压的监测方法.ppt

第八章 冲击地压的监测方法 8.1 对比法对比法就是基于相似条件下对冲击前兆进行归类，一般考虑下列因素：本矿和邻矿的冲击地压现状和发展趋势；本煤层或邻层、邻区已发生过的冲击地压；顶板为单轴抗压强度大于70MPa的坚硬岩层；岛形或半岛形煤柱；支承压力影响区；上部或下部遗留煤柱或回采边界；煤层厚度或倾角突然变化；褶曲或断裂构造带等。在了解上述因素后，根据已发生的冲击地压的开采条件、地质构造特点，以及对煤层的区域了解程度，可对煤层冲击地压前兆信息进行识别，又称为相似性识别。用对比法进行冲击前兆信息的识别，必须了解以下内容： （1）煤岩层赋存特点煤岩层赋存特点包括：煤层埋深、顶底板坚硬岩层、煤岩力学性质、断层、褶曲区域的开采冲击地压显现特征。随着开采深度的延深，当煤岩体应力满足强度条件时就可能发生冲击地压。不同的地质构造区域，冲击地压的始发深度不一样，自始发深度起，冲击地压就有可能在煤柱、煤层凸出的部位和邻近煤柱的上下煤层区段发生。随着开采水平的延深，冲击地压发生的地点和范围也随之扩大。因此，根据相同地质条件的浅部冲击地压的前兆信息，对相似条件的深部冲击地压的前兆信息进行识别。（2）开采参数开采参数包括：相邻煤层中的残留煤柱和开采边界影响的范围及强度；回采工作面推进到巷道、采空区、断层、褶曲带的时间；采煤方法、顶板控制方法、冲击岩层、相邻煤层中的回采工作面相互位置；回采速度及工作面长度等。 8.2 钻屑法 钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42mm～50mm），根据钻孔在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。为了及时客观地评价采掘地点的冲击危险程度，必须适时确定支承压力带峰值大小和位置。峰值愈大、距煤壁距离愈近，冲击危险程度就愈大。但直接测定煤层应力相当困难，一般采用相对评价的方法。钻屑法的原理就是通过测量钻孔煤粉量的大小以确定相应的煤体应力状态，因此，研究煤粉量与煤体应力之间的定量关系是实施这种方法的理论基础，也是近代岩体力学的一个新课题——煤体钻孔力学的主要内容。因内外不少学者进行了理论分析、室内模拟和实测试验。此外，若将煤粉钻孔视为在冲击危险区开掘了一个微型巷道，则制造煤粉钻孔，就犹如规模缩小了的冲击地压模拟试验。打钻时钻孔冲击、粒度、推进时间和推进力的变化以及钻杆被夹持等有关动力效应，亦有可能成为鉴别冲击危险的依据。在煤体中打钻至一定深度后，钻孔周围煤体将逐渐达到极限应力状态，如图8.1所示。孔壁部分煤体可能突然挤入孔内，并伴有不同程度的响声和微冲击；打钻过程中钻具的推进情况也会发生变化，或钻进容易，或出现卡钻甚至将钻卡死。出现这些变化的原因是钻孔周围煤体变形和脆性破碎所致。煤层中的应力愈大，煤的脆性破碎愈占优势。在钻孔的B段，孔周煤体处于极限应力状态，打钻过程中钻屑量异常增多，钻屑粒度增大，响声和微冲击强度升高，孔径扩大，这就是所谓的钻孔效应。粒度增大和钻进容易，是因为在高应力作用下打钻几乎不需要钻头参与煤体就自动破碎，勿需推力，研磨也小，造成钻屑块度变大。只要出现这种钻孔效应，就意味着应力集中带的出现。在应力集中带钻孔，钻屑量异常多，钻孔冲击更强烈，钻孔周围破碎带不断扩大。这也是钻孔卸压的根据所在。 8.3 地球物理法地球物理方法是利用岩体自然或人为激发的物理场监测岩体的动态变化，冲击地压的监测可以采用地球物理方法。目前采用的主要方法有：微震法、AE法、电磁辐射法等。 （1）微震法采矿微震主要是记录矿山震动，对其进行有目的的解释、分析记录的信息，达到对冲击地压进行预测和预报的目的。①微震法监测冲击地压的机理冲击地压是应力高度集中的结果。由于巷道和工作面煤体的受力由表面到煤体深部应力不断增大，利用微震信息，包括微震的类型、次数、震级等，揭示这些信息的显现规律，就可以对未来冲击地压的强度、发生地点进行预测。②微震监测系统我国目前有WJD-1和从波兰引进的SYLOK微震监测系统。微震系统由三个部分组成，如图8.2。（a）信号传输系统该系统包括拾震仪、传输电缆和接收箱，可接收传播8路微震信号。微震仪频带宽0.1Hz～50Hz，最大传输距离10km。 （b）信号处理系统在可编程序支持下，由计算机完成全部处理工作，并对全部信息进行存储，并可以调出多次震动参数进行计算、机制测定和频谱分析等。 （c）模拟记录系统实时记录8路模拟震相，可以粗略定位和确定震源性质。③冲击地压发生次数与震级的关系 式中 N—冲击地压的频次，大于某一冲击地压震级的次数；M—冲击地压次数；a，b—常数。 （2）AE法利用煤体的声发射（Acoustic Emission，简称AE）特征进行冲击地压的预报是主要预报方法之一。AE监测方法是在监测区内布置AE探头，由监测装置连续自动采集A