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[摘 要]由于煤矿冲击地压灾害的复杂多样性及单一监测手段局限性，致使监测预警准确率较低，针对此状况，结合华亭煤矿使用的微震、地音监测手段，从多参量信息的角度研究冲击地压显现的前兆识别技术，提升矿井综合预警能力，经现场应用，效果显著，为冲击地压的防治提供了良好的理论指导。
[关键词]冲击地压，多参量，综合预警
中图分类号：TH577 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
华亭煤矿自2002年就开展冲击地压的研究防治工作，经多年完善优化，形成了以微震、地音为主，钻屑、顶板动态等为辅的监测预警体系。微震和地音等声发射技术在煤岩动力灾害的预测预报方面有一定成效，但限于研究经验的不足，各设备对应的预警模式、准则各不同，同时各设备监测参量的量纲和权重均存在很大的差异，对监测数据的利用效率较低，因此，开展此项目研究，统一各参量指标的异常指数并最终确定多参量综合预警结论，指导现场解危工作。
1 微震监测及危险性评价指标
采用微震活动参数来评价与预测煤岩动力灾害事故，可使灾害预测方法与指标建立在一定的理论基础上，提高煤岩动力灾害预测的准确性。但因目前国内外对矿山微震活动和煤岩动力灾害的研究还很少，煤岩动力灾害定量化预测的理论与方法还主要借助其它研究领域尤其是地震领域的丰硕成果。鉴于此，煤岩动力灾害的预测指标与方法可以包括两个方面。一是采用能紧密体现矿山微震活动与开采响应关系的指标；二是借助地震学领域研究的丰硕成果，采用能定量描述岩体应力变化和危险趋势的地震学参数，综合分析煤岩动力灾害影响规律，实现更为准确的预测预报。
可用于冲击地压监测预警的地震学参数主要有事件数、能量、矩震级、b值、η值、Mm值、A（b）值、P（b）值等。其中b值主要代表介质内部应力水平的高低，高能量微震事件大都发生在低b值期间；震级-频度关系η值曲线表现为上凸，表明将发生高能量震动机率越大，危险性越高；缺震Mm值是指地震活动规律在事件分布上的反映，理论上处于高值时预示有动力灾害危险；A（b）值为描述各区域地震活动性的定量参数，P（b）值为微震动态参数，高A（b）值和低P（b）值将预示煤岩动力灾害危险。
探寻采矿爆破、开采速度、井下工程结构等对矿山煤岩动力灾害的影响规律，建立能紧密体现矿山微震活动与开采响应关系的指标。主要有微震强度因子Mf值—强能量释放前Mf值在理论上存在异常上升过程；算法复杂性AC值—由高值异常向低值转变危险性高；微震活动度S—增强后容易发生强能量释放；微震活动标度△F—与强能量释放理论上成正比；开采扰动强度系数KE—值越大，煤岩动力灾害危险性越高；Rf值（反应巷道扩修等辅助作业对煤岩动力灾害地压的影响）—高值异常预测有煤岩动力灾害危险。
2 地音监测及危险性评价指标
表征地音的参量有：分级事件数、总事件数、能量释放率、地音信号频率、事件延时等，它们分别反映了地音信号或地音事件的不同特征。利用地音现象与煤岩体受力状态的关系，可以监测到局部范围内未来几天可能发生的动力现象。
井下生产对地音数据具有显著影响，因此需要确定评价时间段是属于生产时间还是非生产时间。对于采掘工作面，为评价煤岩动力灾害危险性，选择以地音偏差量及变化趋势作为危险性评价的主要依据。
（1）趋势评估法
采用趋势评估法时，先计算初始危险值，通过归一化处理表示为：
式中：U0为以本班数据为基础确定的初始危险值，DEV为地音活动或强度的偏差值。初始危险等级根据U0值按表1确定。
在必要时（比如特殊危险地段），还需进行小时危险性评价，小时煤岩动力灾害危险性按如下表示：
式中：t为偏差持续的小时数。
按上述关系式可确定小时煤岩动力灾害危险性评价标准。根据小时危险评价标准确定的危险等级应不低于该班开始时的煤岩动力灾害危险等级
（2）指标评价法
在地音活动的各种异常当中，地音活动的突然加剧或突然沉寂是最重要的两个中短期指标，而地音活动的异常增强，往往引起地音事件在空间和时间上的丛集等现象是煤岩动力灾害地压孕育中短期阶段的主要特征；而地音活动的异常平静则是短期阶段的重要特征。地音异常系数这一指标可以衡量地音活动性的异常程度。以生产期间，班地音频次异常系数为例，评价指标值按如下表示：
以此类推，可计算其余7个指标，分别定义为：kazn、kahw、kahn、kezw、kezn、kehw、kehn。
一般来说，只要指标的发震概率大于背景概率，那么指标就有预测意义，但并不可以直接应用。在背景概率不低的情况下，发震概率较高也无太大的预测意义。同时，许多情况下，一个中长期的高概率事件在短期预测中成了低概率事件。而动力灾害预测需要在灾害发生前几天甚至几分钟内作出预报，因此要求估算出比较高的发震概率是很困难的，故采用概率增益来评价预测指标。
3 综合预警及应用
为实现不同设备监测数据源的有机结合，实现预警工作的高效化、标准化。将上述研究获取的成果用计算机语言表达，集成为综合分析软件包，形成预警分析软件。能够及时向用户提供微震、地音监测结果和分析结果，从而为预测预报煤岩动力灾害地压提供岩层运动的动态依据。
4 主要结论
1）分析确定了微震监测煤岩动力灾害危险性的评价指标，从地震学指标和矿山微震活动与开采响应关系指标两方面进行危险性评价。
2）研究确定了地音评价煤岩动力灾害危险性的准则与指标，建立了趋势评估法和指标评价法相结合的危险评估及预警方法。
3）實现了微震、地音的多参量综合评价及预警功能，并定量描述监测区域的危险状态，有效提高了煤矿煤岩动力灾害预警准确率。
参考文献
[1] 窦林名，赵从国，杨思光等.煤矿开采冲击矿压灾害防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.
[2] 窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[3] 齐庆新，窦林名，钱鸣高等.冲击地压理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[4] 钱鸣高，石平武，邹喜正等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿業大学出版社，2003.
[5] 窦林名.煤矿冲击矿压新理论与新技术—中国矿业大学研究进展[R].北京：中国矿业大学“煤炭资源与安全开采”国家重点实验室，2010.
作者简介
毛勇奋（1974.12—），男，汉族，甘肃泾川，矿建高级工程师，毕业于甘肃煤炭工业学校矿建专业，自1995年8月参加工作以来，主要从事井巷掘进、矿井安全管理、矿压防治等工作，现任华亭煤业集团华亭煤矿副总工程师。
[关键词]冲击地压，多参量，综合预警
中图分类号：TH577 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
华亭煤矿自2002年就开展冲击地压的研究防治工作，经多年完善优化，形成了以微震、地音为主，钻屑、顶板动态等为辅的监测预警体系。微震和地音等声发射技术在煤岩动力灾害的预测预报方面有一定成效，但限于研究经验的不足，各设备对应的预警模式、准则各不同，同时各设备监测参量的量纲和权重均存在很大的差异，对监测数据的利用效率较低，因此，开展此项目研究，统一各参量指标的异常指数并最终确定多参量综合预警结论，指导现场解危工作。
1 微震监测及危险性评价指标
采用微震活动参数来评价与预测煤岩动力灾害事故，可使灾害预测方法与指标建立在一定的理论基础上，提高煤岩动力灾害预测的准确性。但因目前国内外对矿山微震活动和煤岩动力灾害的研究还很少，煤岩动力灾害定量化预测的理论与方法还主要借助其它研究领域尤其是地震领域的丰硕成果。鉴于此，煤岩动力灾害的预测指标与方法可以包括两个方面。一是采用能紧密体现矿山微震活动与开采响应关系的指标；二是借助地震学领域研究的丰硕成果，采用能定量描述岩体应力变化和危险趋势的地震学参数，综合分析煤岩动力灾害影响规律，实现更为准确的预测预报。
可用于冲击地压监测预警的地震学参数主要有事件数、能量、矩震级、b值、η值、Mm值、A（b）值、P（b）值等。其中b值主要代表介质内部应力水平的高低，高能量微震事件大都发生在低b值期间；震级-频度关系η值曲线表现为上凸，表明将发生高能量震动机率越大，危险性越高；缺震Mm值是指地震活动规律在事件分布上的反映，理论上处于高值时预示有动力灾害危险；A（b）值为描述各区域地震活动性的定量参数，P（b）值为微震动态参数，高A（b）值和低P（b）值将预示煤岩动力灾害危险。
探寻采矿爆破、开采速度、井下工程结构等对矿山煤岩动力灾害的影响规律，建立能紧密体现矿山微震活动与开采响应关系的指标。主要有微震强度因子Mf值—强能量释放前Mf值在理论上存在异常上升过程；算法复杂性AC值—由高值异常向低值转变危险性高；微震活动度S—增强后容易发生强能量释放；微震活动标度△F—与强能量释放理论上成正比；开采扰动强度系数KE—值越大，煤岩动力灾害危险性越高；Rf值（反应巷道扩修等辅助作业对煤岩动力灾害地压的影响）—高值异常预测有煤岩动力灾害危险。
2 地音监测及危险性评价指标
表征地音的参量有：分级事件数、总事件数、能量释放率、地音信号频率、事件延时等，它们分别反映了地音信号或地音事件的不同特征。利用地音现象与煤岩体受力状态的关系，可以监测到局部范围内未来几天可能发生的动力现象。
井下生产对地音数据具有显著影响，因此需要确定评价时间段是属于生产时间还是非生产时间。对于采掘工作面，为评价煤岩动力灾害危险性，选择以地音偏差量及变化趋势作为危险性评价的主要依据。
（1）趋势评估法
采用趋势评估法时，先计算初始危险值，通过归一化处理表示为：
式中：U0为以本班数据为基础确定的初始危险值，DEV为地音活动或强度的偏差值。初始危险等级根据U0值按表1确定。
在必要时（比如特殊危险地段），还需进行小时危险性评价，小时煤岩动力灾害危险性按如下表示：
式中：t为偏差持续的小时数。
按上述关系式可确定小时煤岩动力灾害危险性评价标准。根据小时危险评价标准确定的危险等级应不低于该班开始时的煤岩动力灾害危险等级
（2）指标评价法
在地音活动的各种异常当中，地音活动的突然加剧或突然沉寂是最重要的两个中短期指标，而地音活动的异常增强，往往引起地音事件在空间和时间上的丛集等现象是煤岩动力灾害地压孕育中短期阶段的主要特征；而地音活动的异常平静则是短期阶段的重要特征。地音异常系数这一指标可以衡量地音活动性的异常程度。以生产期间，班地音频次异常系数为例，评价指标值按如下表示：
以此类推，可计算其余7个指标，分别定义为：kazn、kahw、kahn、kezw、kezn、kehw、kehn。
一般来说，只要指标的发震概率大于背景概率，那么指标就有预测意义，但并不可以直接应用。在背景概率不低的情况下，发震概率较高也无太大的预测意义。同时，许多情况下，一个中长期的高概率事件在短期预测中成了低概率事件。而动力灾害预测需要在灾害发生前几天甚至几分钟内作出预报，因此要求估算出比较高的发震概率是很困难的，故采用概率增益来评价预测指标。
3 综合预警及应用
为实现不同设备监测数据源的有机结合，实现预警工作的高效化、标准化。将上述研究获取的成果用计算机语言表达，集成为综合分析软件包，形成预警分析软件。能够及时向用户提供微震、地音监测结果和分析结果，从而为预测预报煤岩动力灾害地压提供岩层运动的动态依据。
4 主要结论
1）分析确定了微震监测煤岩动力灾害危险性的评价指标，从地震学指标和矿山微震活动与开采响应关系指标两方面进行危险性评价。
2）研究确定了地音评价煤岩动力灾害危险性的准则与指标，建立了趋势评估法和指标评价法相结合的危险评估及预警方法。
3）實现了微震、地音的多参量综合评价及预警功能，并定量描述监测区域的危险状态，有效提高了煤矿煤岩动力灾害预警准确率。
参考文献
[1] 窦林名，赵从国，杨思光等.煤矿开采冲击矿压灾害防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.
[2] 窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[3] 齐庆新，窦林名，钱鸣高等.冲击地压理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[4] 钱鸣高，石平武，邹喜正等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿業大学出版社，2003.
[5] 窦林名.煤矿冲击矿压新理论与新技术—中国矿业大学研究进展[R].北京：中国矿业大学“煤炭资源与安全开采”国家重点实验室，2010.
作者简介
毛勇奋（1974.12—），男，汉族，甘肃泾川，矿建高级工程师，毕业于甘肃煤炭工业学校矿建专业，自1995年8月参加工作以来，主要从事井巷掘进、矿井安全管理、矿压防治等工作，现任华亭煤业集团华亭煤矿副总工程师。