給“煤礦”治?。靠茖W(xué)家以智能防控煤礦沖擊地壓！

礦沖擊地壓是煤礦常見的一種動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著我國深部煤礦安全高效開采。然而以往對(duì)沖擊地壓的防治往往是“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”效率低且周期長，給煤礦正常生產(chǎn)帶來了較大影響。近年來，隨著煤礦智能化裝備技術(shù)水平的提高和探測技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家逐漸探索出了一系列煤礦沖擊地壓智能防控技術(shù)，大大減少了煤礦沖擊地壓事故的發(fā)生頻率與發(fā)生周期，給煤礦的安全高效開采創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。

01 傳統(tǒng)防控手段及弊端

沖擊地壓是煤礦井巷或工作面周圍煤巖體由于彈性變形能的瞬時(shí)釋放而產(chǎn)生的突然、劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象，常伴有煤巖體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等。沖擊地壓發(fā)生機(jī)理復(fù)雜、影響因素多，極易造成嚴(yán)重的傷亡事故，對(duì)煤炭安全高效開采具有嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)沖擊地壓防控手段需要采取全方位防控措施且擁有諸多弊端：一是需要投入大量作業(yè)人員，增加了礦井開采成本。二是降低了煤礦生產(chǎn)效率。沖擊地壓煤層生產(chǎn)人員數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)模有嚴(yán)格控制，煤礦的設(shè)計(jì)產(chǎn)能大大降低。三是深部沖擊地壓往往伴隨其他復(fù)合型災(zāi)害。

02 智能防沖的原理與關(guān)鍵技術(shù)

智能防沖通過構(gòu)建工作面地質(zhì)、應(yīng)力、預(yù)測預(yù)警模型，結(jié)合微震監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷沖擊地壓發(fā)生的概率，然后根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對(duì)工作面采煤機(jī)的割煤速度，以及液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度等進(jìn)行調(diào)整，以降低沖擊地壓發(fā)生可能性。

關(guān)鍵技術(shù)一：建立工作面地質(zhì)建模與工作面壓力監(jiān)測。

在前期地質(zhì)、物探、鉆探數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立礦井高精度三維地質(zhì)模型，同時(shí)通過微震、地音等監(jiān)測技術(shù)對(duì)工作面回采過程覆巖斷裂情況及工作面液壓支架的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上對(duì)工作面來壓步距、來壓強(qiáng)度等進(jìn)行分析，預(yù)測沖擊地壓發(fā)生的可能性、位置及強(qiáng)度。

關(guān)鍵技術(shù)二：液壓支架自適應(yīng)調(diào)控。

在實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將智能監(jiān)測數(shù)據(jù)與地質(zhì)模型數(shù)據(jù)高度融合，對(duì)工作面的采動(dòng)應(yīng)力場、覆巖斷裂結(jié)構(gòu)、應(yīng)力異常區(qū)等進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，根據(jù)預(yù)警信號(hào)對(duì)液壓支架的支護(hù)力、支護(hù)姿態(tài)進(jìn)行智能控制。

關(guān)鍵技術(shù)三：采煤機(jī)智能調(diào)速。

根據(jù)預(yù)測結(jié)果優(yōu)化采煤機(jī)的截割模版，控制采動(dòng)應(yīng)力異常區(qū)的截割深度、割煤速度、滾筒轉(zhuǎn)速，形成協(xié)同推采智能截割調(diào)控，最大程度降低開采活動(dòng)對(duì)采動(dòng)異常區(qū)的擾動(dòng)，降低沖擊地壓發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

目前，我國煤礦正以每年10米～25米的速度向深部延伸，向地球深部進(jìn)軍成為我國能源發(fā)展的必由之路。通過智能防沖技術(shù)突破深部沖擊地壓煤層安全高效智能開采難題，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓礦井減人、防災(zāi)、提效，為我國深部煤炭資源開發(fā)保駕護(hù)航，也成為保障我國主體能源安全的重要戰(zhàn)略方向和戰(zhàn)略要求，未來必將大有作為！

參考文獻(xiàn)：

[1]王國法,潘一山,趙善坤,等. 沖擊地壓煤層如何實(shí)現(xiàn)安全高效智能開采[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù), 2024, 52 (01): 1-14.

[2]秦子晗,李偉東,馮美華,等. 沖擊地壓智能化防治系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù), 2022, 50 (08): 1-7.

[3]齊慶新,李海濤,楊冠宇. 煤礦沖擊地壓智能化防控之路[J]. 智能礦山, 2021, 2 (01): 22-24.

作者：劉漢斌 山西省煤炭地質(zhì)局高級(jí)工程師

出品：科普中國

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