基于煤体应力监测的冲击地压在线监测预警系统
冲击地压预测预报制度(3篇)
冲击地压预测预报制度冲击地压是指由于岩层或土层载荷引起的地表或地下构筑物的变形和沉降，是常见的地质灾害之一。
其对于安全生产和城市发展具有重要的影响。
因此，预测和预报冲击地压是防灾减灾工作中的重要组成部分。
冲击地压的预测预报制度是指基于地质、工程和监测数据等信息，通过分析和模拟等方法，准确预测和预报冲击地压的发生、变化和影响，为决策者和工程师提供可靠的参考和指导。
冲击地压的预测预报制度通常包括以下几个方面的内容：1. 数据采集与处理：通过地质调查、工程测试和监测等手段，获取冲击地压相关的数据，并对数据进行整理、处理和分析，建立起完整的数据库和信息系统。
2. 形成机制研究：通过地质勘探、试验和数值模拟等方法，深入研究冲击地压形成的机制和规律，为预测预报提供科学依据。
3. 预测模型建立：基于形成机制的研究结果和历史数据，建立起预测冲击地压的数学模型和统计模型，以实现对冲击地压的准确预测。
4. 监测系统建设：通过地面测量、遥感技术和地下监测等手段，建立起冲击地压的实时监测系统，及时获取地质变形和位移等信息，为预报提供数据支撑。
5. 预报方法与准确度评价：基于监测数据和预测模型，采用专家经验、数学统计和智能算法等方法，进行冲击地压的预报工作，并对预报结果进行准确度评价和效果验证。
6. 预报结果的发布与应用：将预报结果及时发布给决策者、工程师和相关群众，提供预警和应急措施，并指导工程建设和地质灾害防治工作，以减少灾害的发生和影响。
冲击地压的预测预报制度需要多学科的专家共同参与，包括地质学、工程学、数学统计学和计算机科学等领域的专家。
同时，还需要充分利用现代技术手段，如遥感、GIS、机器学习和人工智能等技术，提高预测预报的准确度和效率。
在实际工作中，冲击地压的预测预报制度还需要与应急管理和灾害防治工作相结合，形成一个完整的防灾减灾体系。
同时，针对具体的地区和工程项目，可以根据实际情况进行定制化的调整和优化，提高预测预报制度的实用性和适应性。
科技成果——采场围岩破裂三维应力动态监测与智能预警系统
科技成果——采场围岩破裂三维应力动态监测
与智能预警系统
技术开发单位中国科学院武汉岩土力学研究所
适用范围
（1）适用于煤矿采区冲击地压的区域性监测预警及工作面冲击地压的局部监测预警；
（2）适用于冲击地压危险程度较高区域卸压解危措施的效果评价。
成果简介
（1）研发的光纤光栅三维应力传感器，解决了传统应力传感器测量时间短、监测频率低、易受电磁干扰、耐腐蚀性差等缺陷，提高了井下复杂环境下采场岩体三维应力的测量精度；
（2）构建的采场围岩应力监测系统，实现了井下复杂环境下采场围岩三维应力的长期、动态监测；
（3）运用岩体强度理论与能量理论，提出了基于岩层三维应力的冲击地压预警方法，提高了冲击地压预警准确性，实现了冲击地压灾害的“关口前移、提前预警”。
应用情况
该技术装备在兖矿集团东滩煤矿、济三煤矿、鲍店煤矿等矿井进行了试验，试验期间装备运行稳定、数据可靠，该装备较传统方法在冲击地压预警时间与准确率方面具有优势，对冲击地压的监测预警具有良好的指导作用。
冲击地压灾害综合监测预警技术研究及应用
冲击地压灾害综合监测预警技术研究及应用摘要：随着我国煤矿开采深度的增加和开采强度的增大，冲击地压矿井的数量明显增多，冲击强度明显增大。
冲击地压已成为威胁我国深部煤炭资源开采的主要动力灾害之一。
基于此，以下对冲击地压灾害综合监测预警技术研究及应用进行了探讨，以供参考。
关键词：冲击地压灾害；综合监测；预警技术；研究及应用引言冲击地压监测预警技术是冲击地压防治的重要环节，对降低和避免冲击地压灾害具有重要意义。
现有的冲击地压预警监测方法可分为两类，一类是以钻屑法为主的岩石力学方法，另一类是以地音、微震为代表的地球物理方法。
但由于我国煤矿地质条件复性杂决定了冲击地压灾害的致灾因素具有多样性，不同的煤矿对技术的掌握程度和关键指标的合理性差别很大，单一的冲击地压灾害预警技术已无法满足矿井安全生产的要求。
1煤矿冲击地压显现特征我国对于煤矿的需求日益增加，因此煤矿的挖掘量也在不断提升，这也就意味着更多的煤矿将会受到严重的冲击灾害。
目前，在全世界范围内对煤矿的冲击地压已经展开了一系列的探索，特别是对冲击地压发生的因素以及避免的方法，这一部分内容得到了一些较有成效的策略，但是对冲击地压的精准预测仍然是难以完成的复杂任务。
主要是因为以目前的科技，还很难达到对冲击地压的整个发生规律进行深入了解，同时也很难对冲击地压的特征进行深入的探索和监测。
不仅如此，因为不同的煤矿拥有不一样的地质，因此也会有各种各样的预警方式。
针对不一样的地质情况，需要使用具有差异化的预警方式，而且因为使用不同的预警方式监测到的数据并不能够做到完全一致，这也让调研人员在调查的过程当中遇到很多难题。
本文主要探索的煤矿冲击地压灾害预警方式，主要是通过对一系列的数据进行分析监测，在预警方面主要提出了设计震动场以及应力场的综合预警方式。
首先，对煤矿冲击地压进行空间分析，可以发现绝大部分的冲击地压，都会出现在煤矿巷道的内侧，特别是一些冲击地压发生第二事故，都会出现在采掘煤矿的期间，尤其是超前巷道以及沿空侧巷道。
冲击地压事故的预防和处理
冲击地压事故的预防和处理井下煤巷掘进工作面受埋深、地质构造、煤层及顶底板物理性质影响，处于较高的静载应力水平，随着掘进、顶板运动等多因素叠加影响，易发生冲击地压显现现象，造成巷道底鼓、炸帮、顶板下沉、锚杆、锚索拉断等情况，严重时可造成设备损坏，威胁职工生命财产安全。
第一节冲击地压事故的隐患分析一、埋深大，应力集中现象明显当前工作面顺槽掘进期间，煤层虽然具有矿压显现，但由于煤体应力不大，未能达到临界破坏条件，因而不会出现动力灾害事故。
随着掘进深度的加大，煤岩体中聚积的弹性能也因此增加，矿压显现程度将不断升高。
整体来看，xx井田范围内煤层埋深呈西部大，东部小的趋势。
井田大部分区域埋深均远超xx矿区冲击地压临界深度。
尤其xx背斜轴部西侧及井田东南部区域，煤层埋深接近1000m。
xx煤矿受大埋深影响，冲击地压危险性会明显增强。
二、煤层厚度变化造成应力集中程度高井田范围内2煤、5煤及8煤层厚度变化较小，规律稳定，但也出现了煤层局部缺失，出现无煤区，无煤区边缘区域属于煤层厚度变化带，势必存在应力局部集中，冲击地压危险性会明显增强。
其次，在煤层等厚线图中，曲线密集位置煤层厚度变化较大，也容易形成高应力集中区。
在采掘过程中应加强高应力集中区域的地质预测预报，以提高冲击危险性评价的准确性。
三、煤层顶板坚硬层岩层对冲击地压的影响在xx背斜轴部副井及井田西南部，2煤层顶板近距离出现厚度超过36m的半坚硬型岩层，尽管该类砂岩强度不高，但由于厚度较大，容易积聚较大能量而引起冲击地压的发生。
井田内其他大部分区域，在煤层上方50m范围，出现多层较薄的砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩，强度不高，未出现厚硬顶板。
总体来讲，再出现较厚半坚硬型顶板区域，顶板因素会造成冲击地压危险性明显增强。
四、地质构造对冲击地压的影响根据xx井田煤炭勘探报告，井田主要受xx背斜和里河向斜控制，两条构造走向大致相同，两翼倾角较小。
其余6个褶曲均为长度1km左右的宽缓构造。
冲击地压监测系统(2)
防爆电源 主机
（光纤解调仪）
24芯光缆
12 34 传感器
6.3 ~ 9.5 少量片帮，Ⅰ级，弱冲击
Prb
ci t
Ue U0
9.5
14
~ 14 ~ 19
严重片帮，Ⅱ级，中等冲击爆 需要型支护，Ⅲ级，强烈冲击
19
严重破坏，Ⅳ级，极强冲击
冲击级别
无冲击
5 掘进工作面KJ649应力监测系统
该系统主要应用于矿井沿空小煤柱掘巷、构造应力区等高冲击危险掘进巷 道，对迎头后部200m区域内煤体应力状况进行监测。
KJ649系统实时监测效果图
KJ649系统功能
掘进工作面KJ649应力监测系统布置 沿空巷道迎头后实体下帮侧200m范围内，组间距25m；实体巷道迎头后部
冲击地压危险判据
二、局部监测 1.高精度KJ551微震监测系统
该系统主要对回采工作面震动信号的即时、连续、自动监测，能够准确计算出能量大于 100焦耳的震动发生的时间、能量及三维坐标，监测采场围岩三维破裂特征，确定出断裂层位。
KJ551微震系统实时监测效果图
KJ551微震系统功能
KJ551微震监测系统
4 回采工作面KJ550应力监测系统
该系统用于回采工作面超前300m范围内煤体应力状况实时监测。
KJ550系统实时监测效果图
KJ550系统功能
回采工作面KJ550应力监测系统布置
应力计测站间距25m，随工作面开采随撤随安装，保证不少于12组运行； 每组测站布置2个测点，孔深为13m和8m，间距2m。
矿井
数据实时分析，预警提醒
集团
各矿信息集中展示，全局掌控
远程数据分析
疑难问题，远程专家服务
基于震动场-应力场双云图的冲击危险区快速判定方法及应用
基于震动场-应力场双云图的冲击危险区快速判定方法及应用魏全德【摘要】针对冲击地压监测预警的准确性和时效性尚不能满足现场工程需要的难题,通过理论研究、软件开发和现场实践,提出了基于震动场、应力场双云图冲击危险区快速判定方法.该方法通过微地震震动云图可以快速、直观地预测区域冲击危险性,钻孔应力云图对局部进行临场预警,在双云图联合判定下,可以对冲击危险区进行快速判定,进而指导工程现场开展针对性的卸压、支护措施,提高了冲击地压防治效率.研究成果经河南义马矿区现场应用,效果良好.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)011【总页数】4页(P207-210)【关键词】冲击地压;监测预警;微地震;钻孔应力;双云图【作者】魏全德【作者单位】北京安科兴业科技股份有限公司,北京 100083;北京安科兴业矿山安全技术研究院有限公司,北京 102299;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD324据不完全统计，2011年至今，我国已发生冲击地压事故20多起，伤亡人数超过200人，摧毁巷道上千米，严重影响了安全生产，随着开采深度的快速增加，冲击地压灾害呈现“矿井数量增长越来越快、灾害程度越来越严重”的不良局面[1]。
冲击地压是矿井深部开采的主要灾害，目前，完全避免冲击地压事件、矿震或动力显现的发生仍无法实现。
但是，通过准确、及时地冲击危险区监测预测或预警，进而指导现场有针对性的采取防治措施或人员撤离，避免人员伤亡事故的发生，是当前技术条件下冲击地压矿井安全开采的重要途径之一。
国内外诸多专家学者，对于冲击地压监测预警、预测方法已有较多成果，例如，应力监测[2-3]、微地震监测[4-6]、钻屑量监测[7]、声发射监测[8-9]、电磁辐射监测[10-12]，震动波CT监测[13-14]等。
对于多参量的冲击地压联合监测预警方法，文献[15]虽然提出了震动场、应力场联合监测冲击地压的理论及预警体系，但是，受现场监测技术人员水平限制，在不同矿井的应用效果存在较大差异，为提高工程现场预警分析的简便性和时效性，特开展了震动场、应力场双云图冲击危险区快速判定方法研究及现场实践。
冲击地压实时预警、处置调度和处理结果反馈制度
冲击地压实时预警、处置调度和处理结果反馈制度为了进一步规范矿震或破坏性事件处置工作，全面落实安全责任，及时采取有效措施，结合工作实际，制定本制度。
1.实时预警制度1.1微震监测系统、应力在线监测系统应保持24h不间断运行，钻屑法检测、矿压监测要求采掘单位与防冲办保持沟通及时，以便快速、准确的判定冲击危险区域。
1.2冲击地压危险临界预警值采用类比法确定冲击危险性预警临界指标。
1.3当调度室接到微震监测预警汇报，或井下发生紧急事故情况、预警信息后，立即紧急撤人指令并向值班矿领导或矿长汇报。
1.4微震监测法冲击危险预警1.4.1冲击危险预警临界指标值：采煤工作面区域微震能量最大值1.0×105J，掘进工作面及其它区域微震能量最大值为1.0×104J。
1.4.2微震频次和总能量预警临界指标初值：采煤工作面总能量为2.0×105J/天；掘进工作面总能量为1.0×105J/天。
1.4.3冲击危险处理：出现单次震动能量超过1.0×104J 的微震信号，应在尽快报总工程师。
出现冲击动力显现的区域，微震监测、应力监测出现超临界值以及分析存在明显冲击危险趋势的区域必须立即停止生产，撤出人员，进行钻屑检测，确定存在冲击危险，执行卸压解危措施。
1.4.4卸压解危后需再次采用钻屑法检验卸压效果，直到检验结果小于临界值。
1.5钻屑检测法冲击危险评定及预警1.5.1预测冲击危险的钻孔应在保证安全的前提下布置在根据推测最可能发生冲击地压的地点。
在地质构造变化带，按实际需要适当调整孔距、检测频次。
1.5.2冲击危险预警指标：钻屑法评冲击危险性指标包括钻粉率指数。
1.5.3正常钻孔煤粉量：正常煤粉量是指在无采动和地质构造影响区域测得的煤粉量，测定正常钻孔煤粉量、并取各孔每米煤粉量的平均值。
1.5.4钻粉率指数指标：评价工作地点冲击危险性的钻粉率指数指标，应通过实测分析确定，无实测资料时，可按表1的参数执行，在表中所列的孔深巷高比内，钻粉率指数达到相应指标时，可判定工作地点具有冲击危险。
预警处置及效果检验制度
预警处置及效果检验制度为更好的做好冲击地压防治工作，充分利用防冲监测系统实现对冲击地压危险区域的监测预警，及时落实解危措施以及科学的评估卸压措施的有效性，特制定预警处置及效果检验制度。
冲击地压监测预警应以钻屑法和应力监测为主，微震监测为辅，结合采场矿压监测数据对冲击地压危险性进行综合监测预警，以矿井为单位确定各项预警临界指标值。
1、钻屑法检测预警（1）冲击地压采掘工作面、重点监控的煤柱区域及应力等方法监测异常区域必须进行钻屑法检测。
对存在冲击危险的煤柱区、特殊地质构造区，根据应力监测结果，制定专门的钻屑检测方案，实行长期监控。
（2）矿井要建立钻屑法实施台帐，对所有原始数据保留完整存档。
并每月安排专人对矿井钻屑煤粉量进行统计、分析，形成钻屑检测分析报告，其中钻屑监测报表必须当天报矿总工程师或防冲副总审阅并签字。
钻屑检测方法实施过程中，若出现以下现象，表明该区域具有冲击危险性，应及时采取应对措施。
①任何一米的煤粉量超过对应钻屑量临界指标时；②在施工钻屑法检测孔的过程中发生严重吸钻、钻杆卡死、煤炮频繁等动力现象时。
（3）钻屑法指标超出预警值的处理方法①在钻屑检测过程中判定单个钻屑孔具有冲击危险性，须在距离该钻屑孔2m范围内，重新补打钻屑孔验证，若验证钻屑孔仍判定具有冲击危险性，要求必须在两钻屑孔所含区域及左右10m范围内进行大直径钻孔卸压措施；措施完成后，再进行钻屑法检测，直至消除冲击危险。
②在钻屑检测过程中判定连续两个钻屑孔具有冲击危险性，要求必须在连续两个钻屑孔所含区域及左右10m范围内进行大直径钻孔卸压措施；措施完成后，再进行钻屑法检测，直至消除冲击危险。
③在钻屑检测过程中判定连续三个钻屑孔具有冲击危险性，要求必须停止该监测区域采掘及修护作业，针对该监测区域及其左右20m范围重新制定加强卸压解危措施；措施完成后，再进行钻屑检测，直至消除冲击危险。
2、应力在线监测系统预警（1）预警级别与预警值的确定根据系统设计原理和相似矿井的经验给出一个初始预警值，初始设定的三级预警值为（2）冲击地压在线预警处理方法①黄色预警处理方法当监测区域内一组测点达到黄色预警，则在预警测点附近立即实施大直径钻孔卸压，直至测点压力降到安全值为止。
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基于煤体应力监测的冲击地压在线监
测预警系统 制定部门：某某单位
时间：202X 年X 月X 日
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基于煤体应力监测的冲击地压在线监测预警系统
安全事关每个家庭的幸福，熟悉安全操作规程，掌握安全技术措施，制定安全计划方案，做好单位安全培训，加强安全知识学习及考试更是预防和杜绝安全事故的重要方式和手段。
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基于煤体应力监测的冲击地压在线监测预警系统
冲击地压，又称岩爆，这是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。
常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。
它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。
冲击地压发生的自然条件是：煤体具有冲击倾向性，并且采场上覆岩层中具有厚度达、强度高易于形成能量积聚的岩层。
冲击地压发生的主要诱因是：工作面开采过程中下位岩层冒落和离层沉降使上位厚度达、强度高的岩层形成大面积悬露，在煤岩体中形成高应力集中区，积聚巨量压缩弹性能。
因此，以上覆岩层运动为核心，以采场矿山压力理论为指导，√预计采场上覆岩层运动规律，确定支承压力集中区的大体分布范围，并对这些重点部位进行支承压力的在线监测，是工作面冲击地压预测的可行手段之一。
重点部位包括：工作面初次来压，工作面采空区见方，双工作面采空区见方，构造异常区
测点布置如图1所示。
图1冲击地压测点布置
本方案所使用的GYY15Z矿用钻孔矢量应力传感器，是根据煤体应力测试的要求专门开发的应力传感器，是目前国内精度和灵敏度最高的传感器。
采用应变测量技术，测量的是煤体或岩体载荷应力，内部经过高精度A/D转换，得出钻孔内部的应力变化量，传感器内还含有一个电子罗盘，用来进行力方向判断，适用于煤矿井下煤层或岩层各种角度安装。
采用普通煤体应力传感器(钻孔应力计)，由于灵敏度低，不能实现对煤体应力的高精度监测，也就不能实现对冲击地压的精确预测。
矢量应力传感器主要由集成电路、芯体和防护外壳组成，安装在煤或岩石的钻孔中，并用水泥浆或环氧树脂填充密封。
在煤体或岩石受到各种方向的压应力作用时，力传导到传感器的三个测力点上。
使与之对应的传感器上的应变片发生变化，经过A/D转换模块接收信号，并对其进行处理，并将处理后得到的数字信号通过电缆线传输至地面的中心主站上。
与此同时，电子罗盘模块也对应力传感器的方向进行判别，通过总线传送到地面。
传感器采用全密封结构，防护等级为IP67、
主要技术指标
电气性能：工作电压：(9～18)V DC；工作电流：≤90mA；
测量范围：(0.00～15.00)MPa；基本误差：±0.1MPa；分辨率：0.01Mpa；
输出信号：传输方式RS485；传输速率4800bps。