給“煤礦”治?。靠茖W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力地質(zhì)災害，嚴重威脅著我國深部煤礦安全高效開采。然而以往對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)的進步，科學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釋放而產(chǎn)生的突然、劇烈破壞的動力現(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)生機理復雜、影響因素多，極易造成嚴重的傷亡事故，對煤炭安全高效開采具有嚴重威脅。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)模有嚴格控制，煤礦的設(shè)計產(chǎn)能大大降低。三是深部沖擊地壓往往伴隨其他復合型災害。

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)、應力、預測預警模型，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)預測結(jié)果，對工作面采煤機的割煤速度，以及液壓支架的支護強度等進行調(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，同時通過微震、地音等監(jiān)測技術(shù)對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)進行實時監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上對工作面來壓步距、來壓強度等進行分析，預測沖擊地壓發(fā)生的可能性、位置及強度。

關(guān)鍵技術(shù)二：液壓支架自適應調(diào)控。

在實時監(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，對工作面的采動應力場、覆巖斷裂結(jié)構(gòu)、應力異常區(qū)等進行監(jiān)測預警，根據(jù)預警信號對液壓支架的支護力、支護姿態(tài)進行智能控制。

關(guān)鍵技術(shù)三：采煤機智能調(diào)速。

根據(jù)預測結(jié)果優(yōu)化采煤機的截割模版，控制采動應力異常區(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對采動異常區(qū)的擾動，降低沖擊地壓發(fā)生風險。

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，實現(xiàn)沖擊地壓礦井減人、防災、提效，為我國深部煤炭資源開發(fā)保駕護航，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：

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[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)局高級工程師

出品：科普中國

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