冲击地压综合监测预警平台在常村煤矿的应用

王渊 杨志全 周宗红

摘  要： 常村煤矿2016年引进北京科技的冲击地压综合监测预警平台，平台整合了矿山已有的几种监测设备，实现其联合监测预警。平台极大提高了分析数据的效率，减少了人工分析数据的工作量，保证了监测数据的及时收集和分析，有利于及时对冲击地压发生做出预警判断，保障矿山安全生产。

关键词： 综合预警;冲击地压;监测应用

【Abstract】： In 2016， Changcun Coal Mine introduced the comprehensive monitoring and early warning platform for impact and pressure of Beijing Science and Technology. The platform integrated several existing monitoring equipments of the mine to realize its joint monitoring and early warning. The platform greatly improves the efficiency of analyzing data， reduces the workload of manual analysis of data， and ensures the timely collection and analysis of monitoring data， which is conducive to timely warning of the occurrence of impact pressure and ensuring mine safety production.

【Key words】： Comprehensive early warning; Impact ground pressure; Monitoring application

0  引言

冲击地压是煤矿开采中典型的动力灾害之一，通常是在煤、岩力学系统达到强度极限时，以突然、急剧、猛烈的形式释放弹性能，导致煤岩层瞬时破坏并伴随有煤粉和岩石的冲击，造成井巷的破坏及人身伤亡事故[1]。由于冲击地压的随机性和突发性，以及破坏形式的多样性，使得冲击地压的预测工作变得极为困难复杂，单凭一种方法是不可靠的，必须根据具体情况采用多种方法进行综合预测[2]。监测预警是冲击地压防治的关键环节之一[3]。

我国冲击地压矿井大多已装备了应力、微震等实时在线监测系统，这些装备对于冲击地压的防治起到了积极作用。但是，近年来随着开采深度和强度的不断增加，冲击地压灾害发生的频度和烈度随之增加，单参量实时在线监测已不能满足大范围、连续、实时、全面的预警需求。能够兼容已有冲击地压监测装备，并实现其联合监测预警的监控平台技术是提高冲击地压监测预警准确性的必由之路。

目前，常村煤矿的生产采区是21区，最大开采深度达800余米。常村煤矿采掘工作面多集中布置于21采区下部，由于生产过于集中，采掘干扰大，开采强度逐渐增大，导致冲击地压显现，对职工的人身安全和矿井的安全生产造成一定的威胁。常村煤矿引进安科公司开发的冲击地压监控预警平台，针对矿井已装备的冲击地压监测系统（微震监测系统、地音监测系统、应力监测系统等），实现多监测系统数据实时自动录入，并集中展示、分析、管理。通过多参量联合预警算法研究，运用多参量联合预警软件，实现冲击地压多参量自动预警，避免人工数据分析的滞后性和差异性，同时提高监测预警准确性和及时性[4]。

平台预警软件系统配置各类分系统基础数据的采集助手，实现包括钻孔应力、微震、地音、支架阻力、钻屑量等分系统基础数据的自动采集，数据的采集不影响分系统正常使用。

1  冲击地压综合监测预警平台结构

1.1  多参量监测原理

冲击地压多参量监测是近几年提出的监测理念，相关学者开展了部分理论研究。窦林名[5]认为冲击地压单参量监测很难实现准确预警，并从静应力场和震动场两方面，提出兩者联合监测能够显著提高冲击地压预警效果;鞠文君[6]提出监测预警结果的权重分析法，认为“集中静载荷”作为内因，在预警结果中所占比重大，“集中动载荷”作为外

因，所占比重相对较小;姜福兴[7]指出，在开展冲击地压多参量监测过程中，由于对技术掌握程度和关键指标合理性的把握不同，各矿监测预警的准确性和可靠性差别很大;刘金海[8]指出，采用“震动场、应力场”联合监测技术能够实现冲击地压的全局无缝监测。

多参量预警功能的实现，既充分利用了矿井现有的各种监测手段，又可提高监测预警的科学性和准确性。各监测预警技术合起来可构成一个大的监测预警技术，这个大系统由各个单一的小系统组成，对小系统排序，设置一定的程序来运行这个大的系统，从而达到提升冲击地压的监测预警的可靠性[9]。

1.2  冲击地压综合监测预警平台系统结构

综合监测预警平台大屏由液晶显示屏、多屏处理器、控制主机和专业数据连接线缆组成，结构如下图所示。各子监测系统图像信息通过VGA信号线接入多屏处理器处，数据经处理汇总后，以DVI信号线传输形式接入大屏显示器，实现子监测系统在大屏幕上的实时展示。

1.3  软件架构

冲击地压综合监测软件由基础数据获取助手、主监测分析软件和云传输软件三大部分组成。主监测分析软件为：冲击危险性监测平台软件;数据获取助手包括：微震数据获取助手、地音获取助手及应力支护力获取助手、钻屑量获取助手;云传输软件为：运输局传输助手[4]。

2  现场应用

2.1  预警方法处理

2.1.1  预警级别的确定

根据危险性指数的大小，划分监测系统或监测区的冲击危险等级，共分为“无冲击、弱冲击、中等冲击和强冲击”四个等级[10]。当0

常村煤矿冲击地压综合监测预警平台主要把微震、应力、钻屑等数据综合起来，系统安装完成后运行稳定，克服了监测设备互相独立，数据不方便集中处理的缺点，极大提高了常村村煤矿的冲击地压监测预警水平，使监测数据的及时有效处理，软件具有可接入监测设备广泛、预警参数可调节等较强的适用性，保证了生产安全顺利进行。

2.1.2  平台现场应用

常村煤矿21170上下巷外段布置在21延深煤柱工作面采空区下。上巷自21170运煤联络巷开口掘进，与21150下巷留8 m净煤柱布置，长度932 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘进（留底煤1.5m）;下巷自21延深辅助轨道下山开口，长度931 m，以方位125°，沿2-3煤底板掘进（留底煤1.5 m）。21170工作面设计为综采放顶煤工作面，开932 m，下巷走向长931 m，工作面斜长230 m。可采走向长度759 m，可采储量252万吨。

2018年2月13日，7：08分21170工作面上巷外口以里676米处，上巷以上27米处（现切眼以外171 m），发生能量为3.83E+05J的冲击地压事件。经现场确认有煤尘，震感明显;21170上巷207#、182#、162#、149#液压抬棚向上帮滑移0.1 m;其它无明显破坏。

预警平台在事件发生前一天21170工作面综合显示预警等级为中等冲击危险，预示未来该地区发生冲击危险的可能性极大。

（1）事件发生前平台微震数据

从12日早8点至13日7点8分之间一共发生7次能量事件，104J以上事件7个，105J以上事件1个，105J事件现场有破坏。9、10日总能量和总频次均极低，12日微震总能量达到6.00E+05J，能量较前两天急剧增加，微震事件位置集中在上巷外口以里700 m处，此处冲击危险程度增大。

根据义煤公司关于规范冲击矿井微震预警指标函要求，综放工作面24个小时内104J以上微震事件总频次不能超过8次，2018年2月12日21220微震事件总频次达到7次，接近预警条件极限。

（2）事件发生前平台地音数据

12日当天地音能量、异常指数均明显高于前一周的异常指数。12日X1频次异常指数为0.227363132，x2频次异常指数为0.2894968，x1能量异常指数为0.16751269，x2能量异常指数为0.175933632，相比11日X1，X2通道的异常指数增长明显。

（3）事件发生前平台应力数据

从应力12日预警看出21170上巷应力18处当天最大值与前一天最大值相同，2处增幅下降，3处增幅上升，并且上升增幅不明顯，应力系统提前预警不明显。

预警平台综合微震、地音和应力数据，12日夜间预警平台综合预警指数为0.7，危险等级综合危险等级为B级，属于中等危险等级，未来发生冲击危险可能性较大。在2018年2月13日，7：08分21170上巷外口以里676米处，发生能量为3.83E+05J冲击地压事件，证明预警平台达到了理想的预警效果。

3  结论

（1）冲击地压综合监测预警平台的应用大大提高了常村煤矿的冲击地压预警水平，保证了数据分析的准确性。

（2）构建远程监控与预警中心，实现矿井、集团公司和远程专业服务团队的实时信息共享，加强集团公司对下属矿井冲击地压治理的集中管控，提高冲击地压整体治理水平。

（3）冲击地压综合监测预警平台的应用提高了矿井智能化水平，实现监测区内多参量综合监测预警，解决目前单参量监测难以达到整体监控预警要求的现状。

（4）实现基础数据的自动采集，减少人力成本，提高工作效率。以往的数据分析需要依靠监测人员计算分析，工作量大。软件报表一键生成功能，减轻监测人员劳动负担，同时避免人工误操作造成的预警准确性降低。

参考文献

[1] 齐庆新， 窦林明. 冲击地压理论与技术[M]. 中国矿业大学出版社， 2008.

[2] 钱鸣高， 石平五. 矿山压力与岩层控制[M]. 中国矿业大学出版社， 2003.

刘金海. 煤矿冲击地压监测预警技术新进展[J]. 煤炭科学技术， 2016， 44（6）： 71-77.

冲击地压综合监测预警平台系统使用手册[M]. 北京： 北京安科兴业科技股份有限公司， 2016.

姜福兴， 曲效成， 于正兴， 等. 冲击地压实时监测预警技术及发展趋[J]. 煤炭科学技术， 2011， 39（2）： 59-64.

窦林名， 李振雷， 郭张敏. 煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究[J]. 煤炭科学技术， 2016， 44（7）： 41-46.

鞠文君， 潘俊锋. 我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望[J]. 煤矿开采， 2012， 17（6）： 1-5.

刘金海， 翟明华， 郭信山， 等.震动场、应力场联合监测冲击地压的理论与应用[J]. 煤炭学报， 2014， 39（2）： 353-363.

宋大川， 冲击地压多参量综合监测预警的研究[J]. 内蒙古煤炭经济， 2017（2）： 35-36.

窦林名， 煤矿冲击地压灾害监测预警技术研究[J]. 煤炭科学技术， 2016， 44（7）： 41-46.