千秋煤矿冲击矿压电磁辐射前兆规律探索

张 寅

(义马煤业集团股份有限公司,河南义马 472300)

千秋煤矿冲击矿压电磁辐射前兆规律探索

张 寅

(义马煤业集团股份有限公司,河南义马 472300)

千秋煤矿为冲击矿压高发矿井,该矿引进电磁辐射仪对 21141和 21201两个工作面进行检测,通过对近期多次冲击发生时段电磁辐射强度变化情况分析,得出了千秋矿冲击矿压的电磁辐射前兆规律,为该矿之后的冲击矿压预测预报工作提供了参考依据。

冲击矿压;电磁辐射;预测预报

义马千秋煤矿是有 50多年开采历史的矿井,随着开采强度的不断加大,现已进入二水平下山盘区开采,最大采深超过 800m。目前,矿井主采煤层为侏罗系二煤,经鉴定该煤层具有中等强度冲击倾向性,且基本顶为平均厚度 205m的巨厚砾岩层,这些不利因素给矿井的安全高效生产带来巨大威胁。

矿井开采二水平 21采区下山盘区,煤厚平均8.32m,煤层倾角 11～13°,煤层结构复杂,内部含夹矸 0.5～1.5m。该煤层属容易自然发火煤层,发火期一般为 0～3个月,最短 7d。煤尘爆炸指数为 47.29%,有爆炸危险。矿井为低瓦斯矿井,21采区按高瓦斯进行管理。

1 矿井冲击矿压危害

矿井自 2008年 6月 5日发生破坏性冲击矿压以来,至 2009年 9月期间,在千秋矿 21201回采工作面及 21141准备工作面下巷共计发生破坏性冲击矿压 14次,其中 21201回采工作面下巷 6次,21141准备工作面下巷 8次,冲击破坏巷道超过60m的冲击次数占 60%以上。

自 2008年 12月至 2009年 9月中旬,千秋矿通过便携式电磁辐射监测仪 KBD5对 21141和21201两个工作面发生的 7次冲击矿压监测,结合工作面现场观测变形资料,对监测结果进行统计分析,确定千秋矿自身的电磁辐射指标参数及其前兆规律。

2 基于电磁辐射信息的冲击危险评价原理

煤岩电磁辐射是煤岩体受载变破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象,与煤岩体的变形破坏过程密切相关,电磁辐射强度直接反映煤岩体的受载程度及变形破裂强度,脉冲数直接反映煤岩体变形及微破裂的频次。煤岩体所受的应力越高,电磁辐射的强度就越大。预测手段上采用临界值和趋势法进行评判。当电磁辐射数据超过临界值时,认为有灾害危险;当电磁辐射强度或脉冲数具有明显增强趋势时,也表明有灾害危险;电磁辐射强度或脉冲数较高,当出现明显的由大变小,一段时间后又突然增大,这种情况更加危险。

3 千秋矿巷道电磁辐射特征

观测结果表明,正常情况下工作面及巷道的电磁辐射的幅值及脉冲数较小,变化不明显。工作面不同部位电磁辐射值不同,顶板压力大及煤体冲击危险性高的区域电磁辐射值高。在较大的矿震发生前,电磁辐射有明显反映,其幅值或脉冲数增长幅度较大。在冲击危险区域诱发爆破后,电磁辐射的脉冲数变化剧烈,说明在这期间煤壁内变形破坏变化强烈,发生冲击矿压危险的可能性较大。

实例 1：2009年 6月 19日,在 21141工作面下巷距巷口约 500m发生冲击,声响剧烈,主巷道内底板震动,并伴随有冲击波。此次冲击造成 21141工作面下巷距巷口 300～850m范围不同程度受到影响,无人员伤亡。

由图 1可发现,该次冲击前电磁辐射具有明显的规律性：平稳后脉冲强度首先急剧增大 (6月11日),最大已达 70mV,已超过该矿设定的临界强度值 (65 mV),之后出现数天的平稳期,当强度再次增大 (6月 19日)时,则发生了冲击。可见,当脉冲剧降后并长时间 (5～6d)保持稳定时,仍应采取一定的解危措施,以应对可能的冲击发生。

图1 21141工作面下巷上帮电磁辐射强度曲线

实例 2：2009年 5月 7日,21201工作面下巷距巷道口 400m处发生一次冲击,声响剧烈。最大片帮量 500mm,下巷 415m向外 7棚加强梁上帮顶梁下沉,最大下沉量为 300mm。无人员伤亡。

由图 2显示的脉冲强度检测曲线可以看出,该次冲击发生时,4个通道的电磁辐射检测设备都表现出了较一致的规律性。5月 4日开始,所有通道显示出电磁辐射强度急剧增加,持续 1d后,迅速下降,待相对稳定 1～2d后,突然发生冲击。可见,脉冲剧降后短期 (1～2d)内也应被划为冲击高发期。

图2 21201工作面下巷上帮电磁辐射强度曲线

4 结论

(1)用电磁辐射法预测冲击矿压危险是可行的,可节省大量钻探工程,避免盲目采取措施,提高了回采速度,降低了预测费用及措施费用。

(2)现场实践表明：电磁辐射强度的变化规律与冲击矿压之间的关系并不是单一的,这缘于不同区域的地质、应力及支护等条件的差异性。当辐射强度出现峰值时,冲击矿压发生的时间也不是单一的。冲击有可能发生在电磁能辐射强度出现峰值后的 1～2d内,亦有可能需先经历一个相对平稳的阶段 (5～6d),当再次出现峰值时,冲击将突然发生。该结论对于千秋煤矿 21141工作面和 21201工作面的冲击矿压预测预报有较强的指导意义。

[1]王恩元,何学秋 .煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究 [J].地球物理学报,2000(1).

[2]窦林名,何学秋 .冲击矿压危险预测的电磁辐射原理 [J].地球物理学进展,2005(2).

[3]李 钢,李成武,聂百胜,刘文波 .采动过程中煤岩电磁辐射影响因素研究 [J].煤炭科学技术,2007(03).

[4]杨 勇,潘一山,李国臻 .便携式电磁辐射仪监测冲击矿压危险区域研究 [J].煤矿开采,2007,12(2)：61-64,72.

[责任编辑：于海湧 ]

Research on Electromagnetic Radiation Rules for Forewarning Rock-burst in Qianqiu Colliery

ZHANG Yin
(Yima Coal Group Co.,Ltd,Yima 472300,China)

Qianqiu Colliery is a serious rock-burst mine.Electromagnetic radiation instrument was introduced into 21141 and 21201 mining face.Electromagnetic radiation rules for forecasting rock-burst were obtained by analyzing electromagnetic radiation variation at recent rock-burst time.This provided reference for later rock-burst forecast.

rock-burst;electromagnetic radiation;prediction and forecast

TD324

A

1006-6225(2011)01-0090-03

2010-05-09

张 寅 (1974-),男,陕西安康人,高级工程师,现任义马煤业集团千秋矿矿长。