山东东山王楼煤矿有限公司 山东济宁 272063
摘要：近些年，我国的煤矿开采发展非常快速，为了解决冲击地压威胁深部智能开采与防控人员安全问题，提出了深部冲击地压智能防控方法。基于基础静载荷诱发冲击地压启动的关键作用，指出深部冲击地压智能防控的理论基础是自动探测采掘空间内围岩基础静载荷，并实现智能化、精准化降低其集中程度，以提高后期获取增量静载荷、动载荷的门槛，从而达到冲击地压防控目的。提出了未来深部冲击地压智能防控研究发展路径：冲击地压灾害多源信息主动调度理论与方法，多源信息融合的防灾治灾方案专家库，高速交互智慧机器人与信息化装备，冲击地压灾害智能治理与复合灾害自适应技术，重大灾害防控效能自评价技术。
关键词：深部开采；智能开采；深部冲击地压；智能防控；基础静载荷；地震波ＣＴ成像
引言
近些年，伴随煤矿生产由浅层开采逐渐进入深部开采，井下回采中作业面顶板应力集中现象越发显著，覆岩垂直应力持续增加，覆岩岩体破碎性增强，回采面遭受冲击地压的频率及强度均大幅提升。对冲击地压的有效防治成为关系到矿井现代生产持续开展的关键要素。因此，充分结合以往矿井冲击地压防治相关研究理论，探索深部煤层冲击地压机理，并总结针对性防治措施意义重大。
1冲击地压分类
冲击地压是矿山压力失去稳定状态的复杂矿压现象，它的力学状态及破坏程度等在宏观与微观上的表现不同，而且对工作面与巷道产生的破坏也不相同。矿井产生冲击地压的原因及表现形式是不同的，因此不可以简单使用一种方式来划分冲击地压，当前常用的分类方式包括：
1.1根据冲击地压释放能量的强度分类。冲击地压是一种能量积累并快速释放的过程，在冲击力度上根据表1可分为微冲击、弱冲击、中等冲击、强冲击和灾难性冲击五种。微冲击现象一般表现为少量煤岩体掉落和采场岩体震动，同时产生弹射声音，导致工作面和巷道部分区域破坏。弱冲击现象一般表现为有较少的煤岩体冒落，产生巨大的声音和震感。中等冲击一般会产生煤炮和气浪，大块的顶板岩层体会塌落到工作面或巷道内，毁坏采掘设备和基础设施，为工作人员埋下安全隐患。强冲击的影响范围达几十米，可能会造成巷道顶板冒落而完全封闭。灾难性冲击会损毁波及范围的所有巷道，有可能会危及矿井的整体安全。
表1冲击地压释放能量及对应类别
1.2根据冲击介质分类。根据发生冲击的介质分类，冲击地压可分为煤层冲击和岩体冲击两种，普遍来说，这两种冲击相伴相生。
1.3根据失稳破坏形式分类。破坏后的煤岩体一般划分为结构型、材料型与隅合型三种失稳冲击形式。结构型失稳冲击是因为顶板岩层、煤层和底板岩层结构不同，在高地应力碰撞、位移影响下造成的失稳现象。材料型失稳冲击是指煤岩体内的应力超出其所能承受的范围时，内部已有的细小裂痕逐渐扩张，日积月累形成大范围弱结构面，发生材料型冲击而失去稳定。大量复杂的原因导致的耦合型失稳，是在顶板岩层材料与结构共同影响下产生的失稳情况，实践表明，绝大多数的冲击地压为耦合型失稳冲击地压。
1.4根据冲击力来源分类。依据冲击力来源可分为重力型、构造型和中间型三种冲击地压。岩体由重力引发的冲击就是重力型冲击地压，在构造应力作用下产生的冲击就是构造型冲击地压，重力与构造共同影响造成的冲击就是中间型冲击地压。
1.5根据冲击发生的空间分类。根据冲击发生的空间，冲击地压分为掘进巷道冲击地压与采煤工作面冲击地压两种。
2基于基础静载荷的深部冲击地压智能防控方法
2.1冲击地压智能防控流程
地震波ＣＴ技术可探测煤岩层中波速、波速梯度、波速异常区最小临空距等，这些参数可反映煤层中静载荷集中程度。根据该原理，本文建立了基于基础静载荷的深部冲击地压智能防控流程，如图１所示。该流程中煤矿冲击地压智能防控系统包括智能探测模块、数据智能处理模块和自主决策模块，可对煤层基础静载荷智能探测及卸压进行协调控制。智能探测模块控制地震波ＣＴ智能探测系统定期对煤层基础静载荷进行原位探测。目前成熟的技术是将静载荷探测设备（图1）安装在运输巷接收信号，在回风巷放小炮制造震源，如图2所示。地震波ＣＴ智能探测系统是在回风巷设置在线机械震源，定期自动发震。数据智能处理模块对探测数据进行即时处理，探测结果如图3所示，其中红色为冲击地压危险区域。自主决策模块根据基础静载荷处理结果确定卸压区域、卸压路径、卸压孔深度、卸压孔间距等参数，并将卸压指令发送至井下智能无人钻车。智能无人钻车根据参数自动实施卸压措施。之后智能探测模块再次控制地震波ＣＴ智能探测系统对基础静载荷进行原位探测，检验卸压效果。当探测结果显示无冲击地压危险时，智能探测模块恢复定期探测模式；当探测结果显示有冲击地压危险时，数据智能处理模块将探测结果发送给自主决策模块，自主决策模块控制井下智能无人钻车继续实施卸压措施。
图1 静载荷探测设备
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论文作者:乔冲冲,王洪兴,赵凯凯
论文发表刊物:《防护工程》2019年13期
论文发表时间:2019/11/12
标签：地压论文; 智能论文; 载荷论文; 防控论文; 模块论文; 深部论文; 煤层论文; 《防护工程》2019年13期论文;