電磁輻射法在沖擊地壓預測中的應用

宋 剛，張 舒

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031）

電磁輻射法在沖擊地壓預測中的應用

宋 剛，張 舒

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，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會產生電磁輻射，煤巖體所受的應力越高、變形破裂越強烈，電磁輻射信號越強。在沖擊地壓發生前，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測沖擊礦壓危險的臨界指標。

沖擊地壓；電磁輻射法；臨界指標

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平衡狀態破壞時，由于彈性變形能突然釋放而產生的急劇、猛烈的動力現象。隨著我國礦井開采深度的不斷增加，發生沖擊地壓的危險性將逐步加大[1]，對沖擊地壓的預測顯得尤為重要。目前，沖擊地壓的預測方法有：圍巖變形監測法、鉆屑法、電磁輻射法、地質動力區劃法、微地震監測法等，本文主要介紹電磁輻射法在沖擊地壓預測中的應用。

1 電磁輻射法的原理

電磁輻射監測法根據煤巖流變破壞電磁輻射特性及規律，利用煤巖流變破壞電磁輻射特性，監測煤巖流變破壞過程及非接觸式預測沖擊地壓的方法。研究表明，煤巖變形破壞時將會產生電磁輻射現象。電磁輻射是煤等非均質材料受到載荷作用發生變形和破壞的結果，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展過程中，形成的帶電粒子產生變速運動而形成的。煤體中應力集中程度越高，變形破壞過程越強烈，電磁輻射信號越強。電磁輻射信息綜合反映了沖擊地壓的主要影響因素，電磁輻射強度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強度，脈沖數主要反映了煤巖體變形及微破裂的頻次。電磁輻射強度和脈沖數隨著載荷的增大而增強，隨著加載及變形速率的增加而增強。

掘進或回采過程中，圍巖原有應力狀態被打破，應力重新分配，圍巖體向新的應力狀態轉化，轉化期間煤體必然要發生變形或破裂，從而引起電磁輻射。采掘活動造成煤層中應力場的非均勻性，從低應力區到高應力區，煤體變形不同，裂紋擴展程度不同，所以電磁輻射信號的強度也就不同。在高應力集中區應力達到最大值，電磁輻射信號最強。電磁輻射預測預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、脈沖數數據，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律，分析當班的數據與平均值的差值，根據差值和前一班數據的大小，對沖擊礦壓危險進行預測預報。

2 電磁輻射法預測沖擊地壓的目的

電磁輻射法監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計表，通過計算確定電磁輻射臨界值指數，將該臨界值指數做為該礦區煤體沖擊危險程度預報指數。當煤體區域電磁輻射值小于臨界值指數時，該煤體區域視為無沖擊地壓危險區域（安全區域）。當煤體區域電磁輻射值大于臨界值指數時，該煤體區域視為有沖擊地壓危險區域，對危險區域再進行鉆屑法檢測或實施預防措施，這樣做減少了檢測工作量，提高了檢測結果的準確度。煤體沖擊危險性電磁輻射臨界值會因不同礦區、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，往往根據本礦區后期工作實際情況進行調整。

3 電磁輻射法的現場應用

吉林龍家堡煤礦為深部開采礦井，現開采垂深為800m，已達到發生沖擊地壓的臨界深度。該礦井在掘進201首采工作面順槽時，出現了沖擊地壓現象，煤爆發生頻繁，最多時達到每小班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行監測。每班在巷道的兩幫進行固定測點觀測。每班監測一次，每點測量時間2min。巷道掘進時在運輸巷道中自掘進工作面煤壁開始，每隔10 m在鉆屑孔附近布置一個測點為限，共設15個檢測點，為了與鉆屑法測得數據對比，這里將測點位置與鉆孔位置相對應。值得注意的是：在現場應用電磁輻射儀進行檢測時，應盡量避免外界信號的干擾。

根據現場測試數據，統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、脈沖數這三個數據的平均值）變化曲線，見圖1—圖5。

根據2號煤層各孔電磁輻射檢測結果，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。結合鉆屑法的結果，上述測點在鉆屑法打鉆檢測過程中都分別出現卡鉆現象，可以認定這幾處測點煤層內部存在應力異常集中現象，即存在沖擊危險，應在這幾處采取防沖擊措施，避免發生危險。

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，經計算該值為141。此值作為判斷沖擊危險性的標準，但隨著監測工作的進行，此值將不斷調整。采用KBD5礦用本安型電磁輻射儀，檢測進行沖擊危險性檢測，檢測測出電磁輻射值大于141的區域，再應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，大學本科，助理工程師，從事礦山工程設計研究。