电磁辐射技术在红菱矿煤与瓦斯突出预测中的应用.doc

电磁辐射技术在红菱矿煤与瓦斯突出预测中的应用 作者：邢云峰 聂百胜 李钢 李成武　　摘要：电磁辐射法是一种很有前途的煤岩动力灾害预测预报方法。利用KBD7电磁辐射监测仪对红菱矿西区掘进工作面进行了连续实时监测，井和常规预测指标进行了对比。现场数据说明，电磁辐射指标和常规指标对应很好，电磁辐射法能够实现对煤与瓦斯突出的实时监测预报。　　关键词：煤与瓦斯突出；电磁辐射；KBD7电磁辐射监测仪；连续实时监测　　目前，采掘工作面煤与瓦斯突出预测方法通常采用钻屑量S法、钻屑瓦斯解吸指标h2和K1法和钻孔瓦斯涌出初速度q法等，而电磁辐射预测法是由中国矿业大学教授何学秋、王恩元等于20世纪90年代中期首次提出并成功地应用于煤矿现场的非接触式连续动态预测法。其是一种地球物理探测法。电磁辐射法具有无需打钻、省时省力、基本不影响生产、非接触、可实现连续动态空间预测等特点，避免了常规预测方法的诸多弊端，如预测工作需打钻孔、费时费力、影响生产、易受地质条件和人为因素影响等，近年来已在国内多个矿区得到了应用推广。　　1 矿井概况　　红菱煤矿位于沈阳市苏家屯区红菱堡镇南红村，始建于1969年，1976年3月移交生产，设计能力90万t/a，1986年改扩建设计能力150万t/a，现西区开采生产能力可达180万t/a，西区煤层倾角4o~9o，可采12煤层由12-1煤、夹矸、12-2煤组成，其中12-1由1~4个煤分层组成复合结构煤层，厚度0.27~1.59m，平均厚度0.93m。煤层中夹矸厚0.06~0 42m，平均厚度0.24m。12-1煤层与12-2煤层间距0.11~2.09 m，平均1.10m。12-2煤层由1~6个煤分层组成复合结构煤层，煤层厚度0.30~4.57m，平均厚度2.44m，可采煤层中夹矸厚度0.05～0.81m，平均厚度0.43m。直接顶板为泥岩：灰黑色，致密性脆，厚度12.88m。红菱矿为高沼气煤与瓦斯突出矿井，1972年建井期间发生第一次煤与瓦斯突出以来共发生煤与瓦斯突出135次，平均突出强度166t，大型和特大型突出共6次。最大突出强度5390t。　　2 KBD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统在红菱矿的应用　　2.1 KBD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统　　KBD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统主要包括：高灵敏度宽频带定向接收天线、监测及数据处理主机、控制键盘、监测及预报软件等。该系统以KJ系列矿井环境与安全监测系统作为通信平台，监测及数据处理主机挂接到KJ系列分站，充分利用煤矿现有的信息传输通道，降低设备成本，简化系统。监测到的电磁辐射信号经KJ系列监测系统传送到监测中心，通过终端机的监测与分析软件实现煤岩动力灾害的采集和分析预报。　　其信号流程为：有煤与瓦斯突出或冲击矿压危险→煤岩强烈变形破裂→发射电磁辐射信号→定向接收天线→电磁辐射监测主机(统计、显示、预报、以标准信号输出)→KJF2000煤矿安全监测分站→井下电缆→KJF2000地面监控中心→监测终端机→监测预报软件→显示及预报。　　2.2 应用情况　　2006年4月11日，将KBD7电磁辐射监测仪安装在西区1200工作面集中运输巷，后随着掘进工作的进行，监测仪随之又安装在工作面回风顺槽。安装步骤如下：　　(1)将接收机及天线带入井下测试地点。　　(2)将天线用支架固定好，天线开口朝向工作面前方煤岩体的被预测区域，天线置于被测区域的中心。天线与被测区域的距离5m最为适宜，要视被监测区域的大小而定，确定的原则是将被监测区域刚好包含在天线的开口方向内。　　(3)用矿用4芯电缆将KBD7监测仪与KJ2000煤矿安全监测系统的监测分站进行联接。　　(4)用遥控器中“选择”和“向上”、“向下”键调试参数(输出参数、时间间隔、报警值、门限值等)，按“测试”键开始测试并向监测分站输出标准信号，同时测试结果显示在LED屏幕上。　　KBD7电磁辐射监测系统在掘进工作面的布置如图1所示。　　　　图1 KBD7电磁辐射监测仪安装情况　　3 预测结果　　红菱矿同时采用电磁辐射法和钻屑瓦斯解吸指标h2法2种方法进行掘进工作面的突出危险性预测预报，得到了大量的电磁辐射指标(每天的平均值)和钻屑瓦斯解吸指标h2的实测数据。图2为常规预测指标和电磁辐射强度值的比较关系图，图3为常规预测指标和电磁辐射脉冲数的比较关系图。　　　　图2 电磁辐射强度值和钻屑解吸指标的关系　　　　图3 电磁辐射脉冲与钻屑解吸指标的关系　　从图2、图3可以看出，电磁辐射强度及脉冲数和瓦斯解析指标都有很好的对应关系，强度值的对应关系更好些。常规预测指标有危险时，电磁辐射值偏高。常规指标低时，电磁辐射值也偏低。　　对常规预测有突出危险时采取防突措施后的电磁辐射强度值进行了考