電磁輻射法在沖擊地壓預(yù)測中的應(yīng)用

宋 剛，張 舒

（中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

電磁輻射法在沖擊地壓預(yù)測中的應(yīng)用

宋 剛，張 舒

（中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

試驗研究表明，煤巖在沖擊破裂過程中，裂縫的形成和顆粒的摩擦?xí)a(chǎn)生電磁輻射，煤巖體所受的應(yīng)力越高、變形破裂越強(qiáng)烈，電磁輻射信號越強(qiáng)。在沖擊地壓發(fā)生前，煤巖電磁輻射將有較大幅度增加，通過捕捉電磁輻射能量來確定預(yù)測沖擊礦壓危險的臨界指標(biāo)。

沖擊地壓；電磁輻射法；臨界指標(biāo)

煤礦沖擊地壓是指礦井開采過程中，井巷或采場周圍巖體在力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時，由于彈性變形能突然釋放而產(chǎn)生的急劇、猛烈的動力現(xiàn)象。隨著我國礦井開采深度的不斷增加，發(fā)生沖擊地壓的危險性將逐步加大[1]，對沖擊地壓的預(yù)測顯得尤為重要。目前，沖擊地壓的預(yù)測方法有：圍巖變形監(jiān)測法、鉆屑法、電磁輻射法、地質(zhì)動力區(qū)劃法、微地震監(jiān)測法等，本文主要介紹電磁輻射法在沖擊地壓預(yù)測中的應(yīng)用。

1 電磁輻射法的原理

電磁輻射監(jiān)測法根據(jù)煤巖流變破壞電磁輻射特性及規(guī)律，利用煤巖流變破壞電磁輻射特性，監(jiān)測煤巖流變破壞過程及非接觸式預(yù)測沖擊地壓的方法。研究表明，煤巖變形破壞時將會產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象。電磁輻射是煤等非均質(zhì)材料受到載荷作用發(fā)生變形和破壞的結(jié)果，是由于煤體各部分的非均勻變形引起的電荷遷移和裂紋擴(kuò)展過程中，形成的帶電粒子產(chǎn)生變速運動而形成的。煤體中應(yīng)力集中程度越高，變形破壞過程越強(qiáng)烈，電磁輻射信號越強(qiáng)。電磁輻射信息綜合反映了沖擊地壓的主要影響因素，電磁輻射強(qiáng)度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強(qiáng)度，脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形及微破裂的頻次。電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)隨著載荷的增大而增強(qiáng)，隨著加載及變形速率的增加而增強(qiáng)。

掘進(jìn)或回采過程中，圍巖原有應(yīng)力狀態(tài)被打破，應(yīng)力重新分配，圍巖體向新的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化期間煤體必然要發(fā)生變形或破裂，從而引起電磁輻射。采掘活動造成煤層中應(yīng)力場的非均勻性，從低應(yīng)力區(qū)到高應(yīng)力區(qū)，煤體變形不同，裂紋擴(kuò)展程度不同，所以電磁輻射信號的強(qiáng)度也就不同。在高應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力達(dá)到最大值，電磁輻射信號最強(qiáng)。電磁輻射預(yù)測預(yù)報沖擊危險有兩種方法：臨界值法和偏差方法。

1）臨界值法是在沒有沖擊礦壓危險，壓力比較小的地方觀測10個班的電磁輻射值、幅值平均值、脈沖數(shù)數(shù)據(jù)，取其平均值的k倍作為臨界值。k值一般取為1.4～1.5。

2）偏差方法就是分析電磁輻射的變化規(guī)律，分析當(dāng)班的數(shù)據(jù)與平均值的差值，根據(jù)差值和前一班數(shù)據(jù)的大小，對沖擊礦壓危險進(jìn)行預(yù)測預(yù)報。

2 電磁輻射法預(yù)測沖擊地壓的目的

電磁輻射法監(jiān)測煤體不同位置輻射值，記錄并制定同一測點不同時間電磁輻射值的變化趨勢曲線，參照鉆屑法檢測煤體沖擊危險測定統(tǒng)計表，通過計算確定電磁輻射臨界值指數(shù)，將該臨界值指數(shù)做為該礦區(qū)煤體沖擊危險程度預(yù)報指數(shù)。當(dāng)煤體區(qū)域電磁輻射值小于臨界值指數(shù)時，該煤體區(qū)域視為無沖擊地壓危險區(qū)域（安全區(qū)域）。當(dāng)煤體區(qū)域電磁輻射值大于臨界值指數(shù)時，該煤體區(qū)域視為有沖擊地壓危險區(qū)域，對危險區(qū)域再進(jìn)行鉆屑法檢測或?qū)嵤╊A(yù)防措施，這樣做減少了檢測工作量，提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。煤體沖擊危險性電磁輻射臨界值會因不同礦區(qū)、不同煤體而不同。例如：吉林通化局松樹礦電磁輻射臨界值初定為195，道清礦為157，遼寧阜新局各礦電磁輻射臨界值定為120～150之間。電磁輻射臨界值初定值，往往根據(jù)本礦區(qū)后期工作實際情況進(jìn)行調(diào)整。

3 電磁輻射法的現(xiàn)場應(yīng)用

吉林龍家堡煤礦為深部開采礦井，現(xiàn)開采垂深為800m，已達(dá)到發(fā)生沖擊地壓的臨界深度。該礦井在掘進(jìn)201首采工作面順槽時，出現(xiàn)了沖擊地壓現(xiàn)象，煤爆發(fā)生頻繁，最多時達(dá)到每小班60次～70次。本次在201工作面運輸順槽使用KBD5礦用本安型電磁輻射儀進(jìn)行監(jiān)測。每班在巷道的兩幫進(jìn)行固定測點觀測。每班監(jiān)測一次，每點測量時間2min。巷道掘進(jìn)時在運輸巷道中自掘進(jìn)工作面煤壁開始，每隔10 m在鉆屑孔附近布置一個測點為限，共設(shè)15個檢測點，為了與鉆屑法測得數(shù)據(jù)對比，這里將測點位置與鉆孔位置相對應(yīng)。值得注意的是：在現(xiàn)場應(yīng)用電磁輻射儀進(jìn)行檢測時，應(yīng)盡量避免外界信號的干擾。

根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，統(tǒng)計繪出各點的電磁輻射值（電磁輻射幅值最大值、幅值平均值、脈沖數(shù)這三個數(shù)據(jù)的平均值）變化曲線，見圖1—圖5。

根據(jù)2號煤層各孔電磁輻射檢測結(jié)果，得到表1電磁輻射值均值表及圖6電磁輻射值均值變化曲線。

4 電磁輻射法檢測結(jié)果分析

由圖6看出，電磁輻射值均值較高的測點分別是1號測點147，3號測點141，4號測點154，6號測點188。結(jié)合鉆屑法的結(jié)果，上述測點在鉆屑法打鉆檢測過程中都分別出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，可以認(rèn)定這幾處測點煤層內(nèi)部存在應(yīng)力異常集中現(xiàn)象，即存在沖擊危險，應(yīng)在這幾處采取防沖擊措施，避免發(fā)生危險。

圖2 4號～6號測點電磁輻射值變化曲線

圖3 7號～9號測點電磁輻射值變化曲線

圖4 10號～12號測點電磁輻射值變化曲線

圖5 13號～15號測點電磁輻射值變化曲線

根據(jù)臨界值的計算方法，取除上述4個測點外其它11個測點，計算電磁輻射值均值平均值，取其平均值的k倍（一般k=1.5）作為臨界值，經(jīng)計算該值為141。此值作為判斷沖擊危險性的標(biāo)準(zhǔn)，但隨著監(jiān)測工作的進(jìn)行，此值將不斷調(diào)整。采用KBD5礦用本安型電磁輻射儀，檢測進(jìn)行沖擊危險性檢測，檢測測出電磁輻射值大于141的區(qū)域，再應(yīng)用鉆屑法精確確定沖擊危險程度。

表1 電磁輻射值均值表

圖6 電磁輻射值均值變化曲線

Abstract:Experiment research shows that,during the impact and rupture process of coal or rock,fracture formation and particles friction can produce electromagnetic emission.The higher stress the coal-rock endures,the bigger deformation and fracture are and the stronger the electromagnetic emission signal is.Before the rock burst occurs,the electromagnetic emission would increase substantially,therefore the critical threshold of rock burst can be predicted by measuring the emission energy.

Key words:rock burst;electromagnetic emission method;critical threshold

編輯：徐樹文

Application of Electromagnetic Emission Method in Rock-burst Prediction

SONG Gang,ZHANG Shu

(Handan Design Engineering Co.of China National Coal Group,Handan Hebei 056031,China)

TD324；TD326.+1

A

1672-5050（2010）09-0067-03

2010-06-29

宋 剛（1982—），男，吉林通化人，大學(xué)本科，助理工程師，從事礦山工程設(shè)計研究。