大埋深工作面多参数冲击地压预警研究

　　摘要：煤矿冲击地压监测预警是冲击地压防治的重要环节，但单指标监测预警的可靠性差，多指标联合监测存在各指标相互独立，预警阈值不确定，实时联合效果差等问题，本文通过应用改进的D-S证据理论融合微震指标和声电指标多参量监测结果，并对监测结果进行变换，效果更加直观，通过在2315工作面进行5个月的现场实践，共计准确预警冲击地压事件9次，大能量矿震事件8次，冲击、大能量矿震事故预警的准确率达100%，误报3次，误报率为15%。应用改进的D-S证据理论融合微震指标和声电指标多参量监测结果对冲击地压进行预警的准确率较高，解决了多指标联合预警的缺陷，具有很好的应用前景。

　　关键词：煤矿;大埋深;多参量;冲击地压;预警技术

　　0引言

　　煤矿冲击地压是严重的煤岩动力现象，是在高地应力条件下进行煤炭回采时，煤岩体受采动影响，应力重新分布造成局部应力集中，在外部因素的影响下失稳破坏，积聚在煤岩体内的弹性能突然释放，造成强烈震动和巷道内设备损坏及人员伤亡。山东省内千米深井和冲击矿井在全国占有比重最高，在全国存有的43处千米深井中，山东有16处，占全国深井数的37.2%，山东有冲击矿井42处，占全国冲击矿井的30%。山东龙郓煤业10.20重大冲击地压事故造成21人死亡，1人重伤，影响山东42处冲击矿井停产待查。冲击地压已成为影响煤矿生产的主要动力灾害。如何有效预测和治理煤矿冲击地压灾害是目前我国煤矿生产亟待解决的难题[1-4]。

　　消防论文范例：当前农村消防工作现状及对策研究

　　煤矿冲击地压发生前会有一些前兆信息显现，但有开采环境的影响，使这些前兆信息呈现复杂性的混沌特征，给冲击地压预测变得十分困难。国内外诸多学者在冲击地压的预测和防治中积累了许多的宝贵经验。刘金海通过分析多种冲击地压的监测预警技术，总结了监测预警在参量、阈值、测点布设等方面存在的问题，并分析震动-应力联合监测技术和全频广域监测技术，指出全频广域监测技术在未来的冲击地压监测预警中具有广阔前景[5]。

　　王永，刘金海，王颜亮等通过分析当前煤矿多参量冲击地压预警的现状和问题，提出冲击地压多参量预警平台建设方案，通过充分挖掘个参量的监测结果，克服了指标独立，实时监测效果差的的弊端，弥补了联合监测的不足，并在郓城煤矿进行测试，提高了冲击地压预警结果的准确性[6]。

　　刘晓悦，李朋园针对冲击地压非线性、强耦合性特点，单一的冲击地压预测模型，虽然方法可行性强，但是其处理速度慢，预测结果精度不高等问题，通过应用LGMS、PSO、SA、混沌搜索来修正果蝇算法(IFOA)，并通过BP网络来调整权值和阈值，建立煤矿冲击地压预测模型，并在河北开滦煤矿进行仿真验证，其预测精度明显提高，网络具有较强的收敛性能和优化能力[7]。

　　目前针对冲击地压预警的方法多，手段各异，单一参数预测冲击地压的结果不准确，各种方法的预警指标不一致，经常造成现场无法正确选择冲击地压的预测方式，本文针对单一物理参数预测结果不准确，预警指标不一致的问题，基于微震监测和电磁辐射监测提出多地球物理常数的冲击地压预测方法，运用D-S证据理论整合多地球物理常数监测结果，旨在为煤矿准确越策冲击地压提供借鉴。

　　1D-S证据理论

　　D-S证据理论于1967年提出，是一种建立在非空集合Θ(Θ=A1,A2,…,Am)上多信息融合方法，Θ为D-S证据理论的假设空间，也称为识别框架，目前D-S证据理论广泛应用于有限离散领域的推理[8-9]。主要包括基本概率分配函数、似然函数、信任函数等几个要件。

　　2证据指标选取

　　微震监测和声电监测为煤矿现场常用的冲击地压监测预警方式，本文选取微震法、电磁辐射法和声发射监测数据作为D-S证据理论的证据指标[10-11]。微震、电磁辐射和声发射信号受采掘活动影响，煤岩体内原始地应力调整，围岩变形破坏过程中能量、电磁波和弹性波的释放，反应了煤岩体中的应力状态和能量释放的速度，当煤岩体的应力状态发生较大幅度的变化时，能量信号、声电信号均会出现明显波动，当波动程度超过一定特定的范围，即表示发生冲击危险性增大。一般情况下，煤岩体内部能量的非均衡变化随时间不断波动，具有显著的时间特性。因此，能量信号、声电信号参数能应用于冲击地压的监测预警研究。

　　3多地球物理参数的多指标信息融合预警模型

　　根据D-S证据理论假设空间并结合现场实际情况，将D-S的证据体为Di=(D1，D2，D3，D4，D5)，式中：D1、D2、D3、D4、D5分别表示b，ΔE、ΔN、ΔR、ΔA。假设空间分为四级评价体系，即Θ=(Θ1，Θ2，Θ3，Θ4)，判别标准为：Θ1(0.7<μ<1)，危险级别;Θ2(0.5<μ<0.7)，较危险级别;Θ3(0.3<μ<0.5)，较安全级别;Θ4(0<μ<0.3)，安全级别;当μ=0时，工作面安全，不会发生冲击事故，当μ=1时，工作面最危险，极易发生冲击事故。

　　4现场实践

　　朱家镇煤矿2315工作面位于井下-940m开采水平，地面标高+34～+36m，工作面标高-975～-990m，埋深超过1000m，主采3煤，煤层倾角2°～9°，平均4°，煤厚2.1～3.1m，平均2.6m。煤层顶板主要为深灰色泥质砂岩、相对完整，局部含粉砂岩，较破碎，底板为深灰色泥岩及砂质泥岩。工作面地质构造对开采活动具有一定影响，其中由于XDF203等断层的存在使得工作面冲击危险程度增大。通过选取2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日的微震监测数据和声电监测数据，并通过公式(15)和公式(16)确定各指标的危险程度概率赋值情况，然后进行基本概率赋值并根据D-S数据融合方法进行数据处理，为得到更加直观的结果。

　　2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日生产期间，工作面共发生冲击地压事件9次，微震监测到大能量矿震事件8次。在此次验证实践中，均能提前1～4d对冲击地压和大能量矿震进行预警，且冲击地压和大能量矿震事件均能被准确预警，事件预测的准确率为100%。其中存在3次为无矿震和冲击地压的误报事件，多参量冲击地压预警的整体准确率为85%。因此基于改进的D-S证据理论融合微震指标和声电指标多参量监测结果对冲击地压进行预警的准确率较高，对冲击地压和大能量矿震事件能准确预警，且所需数据为煤矿现场常设设备及监测数据，现场适用性好。

　　5结论

　　冲击地压单指标监测预警的可靠性差，多指标联合监测存在各指标相互独立，预警阈值不确定，实时联合效果差等问题，本文通过改进的D-S证据理 论融合微震指标和声电指标多参量监测结果，对冲击地压进行预测，得出以下结论：

　　1)微震能量和微震时间发生次数的表达式中常数b反映震源区的应力和介质条件，将常数b作为微震监测特征指标;根据声电监测仪监测数据，引入时间波动梯度概念作为声电信号的特征指标。2)冲击地压预测标准为：当基本概率赋值结果出现连续3d明显增长，或者达到级时，进行冲击地压预警。3)2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日生产期间，工作面共发生冲击地压事件9次，微震监测到大能量矿震事件8次，均能提前1～4d对冲击地压和大能量矿震进行预警，事件预测的准确率为100%。

　　参考文献：

　　[1]龙郓煤业冲击地压事故:救援难度大比地震更难预测[J].消防界(电子版)，2018，4(20)：2.

　　[2]张顺蛟，吴士良，王龙蛟.复杂条件下掘进工作面冲击地压危险性预测与防治[J].煤炭技术，2018，37(5)：212-213.

　　[3]王佳信，周宗红，李克钢，刘玉成，王海泉.一种冲击地压危险性等级多参量辨识模型及应用[J].煤炭学报，2017，42(S2)：311-322.

　　[4]陈伊涛.千米深井厚煤层开采的冲击地压危险性评价及卸压技术研究[D].河北工程大学，2015.

　　[5]刘金海.煤矿冲击地压监测预警技术新进展[J].煤炭科学技术，2016，44(6)：71-77.

　　[6]王永，刘金海，王颜亮，魏全德.煤矿冲击地压多参量监测预警平台研究[J].煤炭工程，2018，50(4)：19-21.

　　作者：郤智慧