煤岩电磁辐射技术及在矿山动力灾害预测及应用.pdfVIP

中国地球科学联合学术年会 2014 ·289 · 煤岩电磁辐射技术及在矿山动力灾害预测的应用 王恩元﹡ 刘晓斐 李忠辉 何学秋 中国矿业大学安全工程学院 江苏徐州 221116 ；煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室 江苏徐州 221116 摘要：矿山煤岩动力灾害严重影响矿井的安全及高效开采。有效及准确预警是实现矿山动力灾害预防的 前提。基于煤岩电磁辐射产生机理、特征和规律的深入研究，提出了煤岩动力灾害电磁辐射监测及预警 方法，研制出 KBD5 型和 KBD7 型电磁辐射监测仪，将电磁辐射技术广泛应用于煤岩动力灾害预测应 用方面的研究成果，包括煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板稳定性监测、围岩应力分布 及矿压观测、卸压带宽度确定等多个方面。 关键词：煤岩体；电磁辐射；冲击地压；煤与瓦斯突出；监测；预警 1 前言 在煤矿采掘过程中，伴随有冲击地压、煤与瓦斯突出和突水等煤岩动力灾害现象。目前我国有不少 矿井已经进入了深部开采，采场地应力增高，加上煤炭赋存条件复杂（如构造、瓦斯等）的影响，冲击 地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害变得更加复杂和严重，其发生次数和强度亦日趋严重，对矿井高效 生产和人员安全造成了严重的影响。要对冲击地压和煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害进行有效的预防和治 理，首先要进行有效的预测。 国内外的研究成果均表明，电磁辐射技术是一种比较有效的监测煤岩动力灾害的地球物理方法。煤 岩体破裂电磁辐射的研究，为深入了解煤岩动力灾害发生及发展的过程、产生机理、监测和预报提供了 新的方法和手段。从 20 世纪 90 年代起，中国矿业大学电磁辐射课题组对煤岩电磁辐射的产生机理、特 征、规律及传播特性等进行了深入研究，提出了电磁辐射预测煤岩动力灾害的原理及方法，研制了 KBD5 型和 KBD7 型电磁辐射监测仪，并在全国 40 多个煤矿应用于冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板事故等矿 [1-12] 山动力灾害的预测 。 2 电磁辐射监测技术及装备 在实验和理论研究的基础上，提出了电磁辐射预测煤岩动力灾害的技术方法，发明了 KBD5 便携 [1-5] 式和 KBD7 在线式煤岩动力灾害电磁辐射监测仪（见图 1），于是煤岩动力灾害的监测和预报 。 （a ）KBD5 电磁辐射监测仪 （b ）KBD7 电磁辐射监测仪 图 1 煤岩动力灾害电磁辐射监测系统 KBD5 便携式电磁辐射监测仪主要由高灵敏度的定向接收天线和电磁辐射接收及数据处理主机组 成，可对大范围多个测点进行测试，主要用于确定危险性区域。 KBD7 在线式煤岩电磁辐射监测仪，主要包括高灵敏度的宽频带定向接收天线、监测及数据处理主 机、遥控器、监测及预报软件等，以 KJ 系列矿井环境与安全监测系统作为通讯平台，实现煤岩动力灾 害的电磁辐射信号采集和分析预报，可对某一具体危险性区域进行连续监测及预警。 通常情况下，通过便携式电磁辐射监测仪和在线式电磁辐射监测仪的配合，可对采掘工作面或巷道 进行区域性和动态性的监测及预警。先用便携式电磁辐射监测仪测试并确定危险性较大的区域，然后用 在线式电磁辐射监测仪实时监测，根据信号特征，结合现场实际，当危险程度提高时，进行预警提示。 目前在矿井采掘现场，煤岩动力灾害的电磁辐射预测及预警一般采用临界值法和趋势法进行综合评 ·290 · 中国地球科学联合学术年会 2014 判。当电磁辐射数据超过临界值时，认为有动力灾害危险，并在此基础上分析电磁辐射变化趋势。当电 磁辐射强度或脉冲数具有明显突然增强或连续增强趋势时，也表明有动力灾害危险；电磁辐射强度或脉 冲数较高，当出现明显由大变小，一段时间后又突然增大，这种情况更加危险，应立即采取解危措施。 3 煤岩电磁辐射技术应用 电磁辐射监测预警技术先后在国内多个矿区用于煤与瓦斯突出和冲击地压灾害的预测、采空区顶板