[00137102]平顶山矿区深部开采煤岩动力灾害特征规律及预警技术研究

①课题来源与背景 煤矿安全监控系统是对煤矿安全作业环境进行动态监测的重要手段。影响矿井动力灾害发生的因素众多,采用单一的因素指标预测很难满足防治工程的需要。目前的煤岩动力灾害监测预警装置一般均为专用装置,具有铺设复杂、管理成本高、监测指标单一等缺点。平煤股份和中国矿业大学（北京）合作,针对煤岩动力灾害的特点,研究与监控系统配接的煤岩动力灾害多参量有效监测预警装备、可靠的监测方法和工艺,提高煤岩动力灾害的监测预警可靠性,提升煤岩动力灾害矿井利用监控系统监测灾害的水平 ②技术原理及性能指标 技术原理是结合平顶山矿区地质构造特征和煤层赋存特征,分析平顶山矿区深部开采煤岩动力灾害特征,现场测试平顶山矿区掘进和回采过程电磁、微震、声发射和瓦斯动态涌出数据,分析放炮、打钻、割煤等工序下的四种信号特征及变化规律;在电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出数据接口技术、多通道并行数据采集数据传输技术、通道间抗干扰技术、并行数据采集数据处理方法的基础上,研究电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出多参量监测系统和煤矿安全监测系统联网技术;确定平顶山矿区深部开采电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出指标监测传感器布置方法,研究深部开采电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出指标的敏感参数及其临界值,建立电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出综合指标预警模型,确定各单项指标权重和综合指标的临界值,实现基于利用煤矿安全监控系统的深部开采煤岩动力灾害动态监测预警。 性能指标为1)实现电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出的多参量监测系统与煤矿安全监测系统配接,进而利用煤矿监测系统在线监测煤岩动力灾害; 2)提出基于平顶山矿区深部开采电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出指标监测传感器布置方法。 3)建立电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出综合指标预警模型,确定各单项指标权重和综合指标的临界值。 ③技术的创造性与先进性： 1)实验研究了不同煤岩物性和加载方式下的煤岩变形失稳过程中电磁、微震、声发射信号的响应规律,揭示煤岩动力灾害发生的电磁、微震、声发射前兆特征参数及其判别准则,现场试验分析放炮、打钻、割煤等工序下的频谱特征和变化规律,探索三种前兆信息的耦合规律; 2)研究了平顶山矿区深部开采电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出指标的敏感参数及其临界值,确定电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出单项指标判识方法;建立电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出综合指标预警模型,确定各单项指标权重和综合指标的临界值;利用现场监测煤岩动力灾害演变过程中的异常特征和前兆信息加以验证,完善深部开采煤岩动力灾害多参量综合监测指标体系; 3)分析了平顶山矿区深部开采电磁、微震、声发射、瓦斯动态涌出指标监测传感器布置方法的影响因素;确定采煤工作面和掘进工作面传感器布设最佳位置;研究传感器布置钻孔的施工及安装方法;确定不同采掘速度下的传感器移动最佳周期与距离。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 该技术处于中期阶段,以平顶山矿区为示范基地,进行了深部开采煤岩动力灾害特征规律及预警技术示范,技术成果为为达到成熟应用阶段、广泛推广而进行的阶段性研究成果。技术适用于煤矿开采过程中煤岩动力灾害防治领域,可覆盖整个煤炭行业。系统运行稳定,符合煤矿安全规定。 ⑤应用情况及存在的问题 该技术以平顶山矿区为示范基地,研究平顶山矿区深部开采煤岩动力灾害特征规律和预警技术,研究成果可在全国类似矿井深部开采中加以推广应用,诸如新汶、义马、老虎台等受煤岩动力灾害威胁的矿区。研究成果为矿山深部开采过程中煤岩动力灾害的防治提供理论和技术指导,具有良好的推广应用前景。由于研究时间的限制,不同矿区综合指标的临界值需进一步现场考察。