煤礦重大事故預測和控製動力信息基礎與礦壓監測
煤礦重大02manbetx.com
預測和控製動力信息基礎與礦壓監測
宋振騏、潘立友、湯建泉
（山東科技大學 資源與環境工程學院 山東 泰安271019)
摘要：本文全麵論述了實現我國煤礦各類重大02manbetx.com
預測和控製的理論和方法，揭示了02manbetx.com
的動力信息基礎，並提出通過礦壓監測為煤礦安全高效開采決策及實施管理地信息化、智能化和可視化提供基礎。
關鍵詞：重大02manbetx.com
；預測控製；動力信息；礦壓監測
中圖分類號： TD325 文獻標識碼： A
前 言
近年來，雖然我國出現了神華、兗州等安全、生產居世界一流的現代化礦區和大型礦井，其總產量接近1億t；並且5年來關閉了數萬個鄉鎮煤礦，但我國煤礦傷亡事故嚴重的局麵仍然沒有得到有效控製。礦井因采動（采掘工作麵推進）引起的頂板、透水、衝擊地壓等事故仍然頻繁發生。死亡超過10人以上的重大瓦斯和透水事故，在地方煤礦和國有重點煤礦中多次出現，這種狀態嚴重威脅著我國煤礦安全生產。煤礦重大事故的發生幾乎都與岩層運動和支承壓力分布特征有關，其與開采有關的構成圖（見圖1)。
1瓦斯事故的預測和控製
1.1瓦斯事故預測和控製的理論
當采掘工作麵及相關回風巷道中聚集的瓦斯濃度超限，在生產區域有充分的氧氣，並有明火引爆時，瓦斯局部點燃爆炸啟動，並向引起大範圍的瓦斯煤塵爆炸發展。
在設計和實施管理過程中，正確的的預測可能積聚瓦斯和濃度超限的地點和時間。在保證風速不超限的前題下，提供足夠的風量把采掘工作麵在出煤過程中釋放的瓦斯稀釋到要求的濃度範圍。相應準則的表達式如下：
1.2瓦斯事故預測和有效控製的信息基礎
要實現瓦斯事故科學的預測和有效的控製，必須搞清采動前原始應力場應力大小和分布的規律以及采動後應力場應力大小分布變化的規律的研究，及其與煤層中瓦斯分布湧出等基礎信息間的關係研究，放在重要的地位。
以此為基礎，可靠的提供以下兩個方麵的信息作為瓦斯事故預測和控製決策和實施管理的基礎。
①開采煤層不同構造部位噸煤瓦斯含量。
②開采煤層不同構造區段采動後隨上覆岩層運動和周邊煤體的的破壞而變化的應力場相關部位煤體中瓦斯含量的差異包括瓦斯已大量釋放的瓦斯帶（即內應力場）的寬度和掘進時可能突出瓦斯的高瓦斯帶（外應力場高應力區）的寬度等。
2采掘工作麵透水與突水事故事故的預測和控製
2.1頂板透水事故的預測和控製及相關信息基礎
頂板透水事故預測控製的信息，包括水源信息、構造運動破壞情況、采動頂板運動破壞信息及采動支承壓力分布信息四個方麵。
(1)水源信息，包括：
①頂板含水層數目位置，厚度含水特征（包括含水性質、麵積、富水區域分布、水壓力及補給水源情況等）。
②頂板隔水層位置、厚度；
③頂板褶曲、斷層。
(2)構造破壞情況，包括：
①褶曲破壞情況；
②斷層破壞情況。
正是構造破壞溝通了各含水層及補給水源的聯係，形成富水區域。
(3)采動頂板運動破壞信息，包括在不同工作麵長度條件下，上覆岩層運動破壞情況及隨采場推進的發展變化規律等。關鍵的信息有：
①在既定工作麵長度下，進入破壞的上覆岩層範圍，包括直接頂厚度、老頂厚度導水裂隙帶高度等。包括呈進入含水岩層圖2(a)及直接接觸圖2(b）兩種情況。
②直接頂導水裂隙帶各岩，在重力作用下的運動步距，特別是第一次裂斷步距等。
③可能進入導水裂隙帶的含水層，在重力作用下第一次裂斷和周期性裂斷步距。
(4)采動支承壓力分布信息的重點是采場四周煤壁進入破壞的“內應力場”寬度。是布置預測老頂來壓測示手段的可靠區間，也是預測頂板透水可能發生的時間和地點的依據。
2.2底板突水事故預測和控製信息基拙
①井田褶曲、斷層相應部位及原始構造應力場特征的信息。
②井田富水厚層石灰岩底板位置及承壓溶洞水分布的信息。
③承壓水上煤層開采時，采場支承壓力大小、分布特征及其關鍵影響因素（包括采深、采高、工作麵長度等）的信息。
④礦井排水能力儲水能力等突水事故預防措施等。
3衝擊地壓事故的預測和控製信息基礎
理論和實踐表明，控製衝擊地壓實現的應力條件，是控製煤礦衝擊地莊發生的關鍵。必須把采掘工作麵推進過程中可能誘發釋放的彈性壓縮能，限製在足以導致衝擊性破壞發生的範圍內。為此，在
考慮開采方案設計時，應當注意一列“防衝”的時空原則。
①嚴格杜絕在原始應力場的構造壓縮應力帶和采動應力場支承壓力的高峰部位布置采煤巷道和推進工作麵。
②最大限度的爭取實現在己經曆采動釋放應力後穩定的“內應力場”（己經曆采動破壞的岩層覆蓋的重力場）中掘進和維護巷道。
保證按上述時間、空間原則進行開采方案設計的相關信息基礎，包括：
①經曆構造運動破壞的原始應力場應力大小分布的的信息。
②不同開采程序和開采參數條件下支承壓力大小分布及發展變化規律的信息。
4回采工作麵頂板事故控製的信息基礎
回采工作麵頂板事故控製的信息基礎包括以下三個方麵：
(1)需控岩層範圍及其運動發展規律的信息。主要包括：直接頂厚度第一次垮落和周期性自由垮落的步距；老頂岩梁組成，相關岩梁厚度及第一次裂斷和周期性裂斷步距等。
(2)采場支承壓力大小分布及發展規律的信息。主要包括煤壁前方壓縮破壞也即“內應力場”出現的地點和時間，以及隨采場推進擴展的規律等。
(3)斷層等斷造破壞的位置及破壞特征，包括斷層的斷裂麵走向、落差、傾斜角（特別是斷層麵相對工作麵的夾角）以及貫通工作麵的重大褶曲構造結構特征等。
5礦山壓力監測
進行采場礦山壓力監測是實現煤礦安全生產必要的手段，其主要內容包括以下三個方麵：
(1)采場頂板活動監測；
(2)支承壓力監測；
(3)采場礦山壓力及頂板效果判斷。
利用“井下岩層動態觀測研究方法”及觀測手段，獲得相關動力信息，在預測頂板大麵積活動與支承壓力分布等方麵，進行了廣泛的實踐。這種方法的主要特點是：
(1)利用采場及周圍巷道頂底板移進量、支架載荷等壓力顯現推斷壓力分布和岩層運動。觀測工藝操作比較簡單。
(2)在一般情況下，隻要觀測區範圍得當，煤或岩層破壞時在彈性區的彈性震動、破壞部位壓力顯現的變化以及在在塑性區範圍內的岩層回轉等信息，都能相繼接受到，因此，能夠比較可靠的對支承壓力高峰位置和頂板大麵積運動進行推斷。
6結語
在深入總結煤礦重大事故經驗教訓的基礎上，完善事故預測和控製決策的理論。以此為基礎來用信息技術手段，實現事故預測和控製決策的信息化、智能化、和可視化。已經成為煤礦安全控製的緊迫任務。我國煤礦廣泛的事故經曆及深入第一線控製研究的成果，發展中的現代信息技術，使我國采礦工作者有可能在短期內實現這一目標。
參考文獻：
[1]宋振騏 實用礦山壓力與控製[M］徐州：中國礦業大學出版社，
1988.
[2]宋振騏．煤礦重大事故預測和控製的動力信息基礎的研究[M]
北京：煤炭工業出版社，2003.
