宋 刚，张 舒

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

电磁辐射法在冲击地压预测中的应用

宋 刚，张 舒

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

试验研究表明，煤岩在冲击破裂过程中，裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射，煤岩体所受的应力越高、变形破裂越强烈，电磁辐射信号越强。在冲击地压发生前，煤岩电磁辐射将有较大幅度增加，通过捕捉电磁辐射能量来确定预测冲击矿压危险的临界指标。

冲击地压；电磁辐射法；临界指标

煤矿冲击地压是指矿井开采过程中，井巷或采场周围岩体在力学平衡状态破坏时，由于弹性变形能突然释放而产生的急剧、猛烈的动力现象。随着我国矿井开采深度的不断增加，发生冲击地压的危险性将逐步加大[1]，对冲击地压的预测显得尤为重要。目前，冲击地压的预测方法有：围岩变形监测法、钻屑法、电磁辐射法、地质动力区划法、微地震监测法等，本文主要介绍电磁辐射法在冲击地压预测中的应用。

1 电磁辐射法的原理

电磁辐射监测法根据煤岩流变破坏电磁辐射特性及规律，利用煤岩流变破坏电磁辐射特性，监测煤岩流变破坏过程及非接触式预测冲击地压的方法。研究表明，煤岩变形破坏时将会产生电磁辐射现象。电磁辐射是煤等非均质材料受到载荷作用发生变形和破坏的结果，是由于煤体各部分的非均匀变形引起的电荷迁移和裂纹扩展过程中，形成的带电粒子产生变速运动而形成的。煤体中应力集中程度越高，变形破坏过程越强烈，电磁辐射信号越强。电磁辐射信息综合反映了冲击地压的主要影响因素，电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映了煤岩体变形及微破裂的频次。电磁辐射强度和脉冲数随着载荷的增大而增强，随着加载及变形速率的增加而增强。

掘进或回采过程中，围岩原有应力状态被打破，应力重新分配，围岩体向新的应力状态转化，转化期间煤体必然要发生变形或破裂，从而引起电磁辐射。采掘活动造成煤层中应力场的非均匀性，从低应力区到高应力区，煤体变形不同，裂纹扩展程度不同，所以电磁辐射信号的强度也就不同。在高应力集中区应力达到最大值，电磁辐射信号最强。电磁辐射预测预报冲击危险有两种方法：临界值法和偏差方法。

1）临界值法是在没有冲击矿压危险，压力比较小的地方观测10个班的电磁辐射值、幅值平均值、脉冲数数据，取其平均值的k倍作为临界值。k值一般取为1.4～1.5。

2）偏差方法就是分析电磁辐射的变化规律，分析当班的数据与平均值的差值，根据差值和前一班数据的大小，对冲击矿压危险进行预测预报。

2 电磁辐射法预测冲击地压的目的

电磁辐射法监测煤体不同位置辐射值，记录并制定同一测点不同时间电磁辐射值的变化趋势曲线，参照钻屑法检测煤体冲击危险测定统计表，通过计算确定电磁辐射临界值指数，将该临界值指数做为该矿区煤体冲击危险程度预报指数。当煤体区域电磁辐射值小于临界值指数时，该煤体区域视为无冲击地压危险区域（安全区域）。当煤体区域电磁辐射值大于临界值指数时，该煤体区域视为有冲击地压危险区域，对危险区域再进行钻屑法检测或实施预防措施，这样做减少了检测工作量，提高了检测结果的准确度。煤体冲击危险性电磁辐射临界值会因不同矿区、不同煤体而不同。例如：吉林通化局松树矿电磁辐射临界值初定为195，道清矿为157，辽宁阜新局各矿电磁辐射临界值定为120～150之间。电磁辐射临界值初定值，往往根据本矿区后期工作实际情况进行调整。

3 电磁辐射法的现场应用

吉林龙家堡煤矿为深部开采矿井，现开采垂深为800m，已达到发生冲击地压的临界深度。该矿井在掘进201首采工作面顺槽时，出现了冲击地压现象，煤爆发生频繁，最多时达到每小班60次～70次。本次在201工作面运输顺槽使用KBD5矿用本安型电磁辐射仪进行监测。每班在巷道的两帮进行固定测点观测。每班监测一次，每点测量时间2min。巷道掘进时在运输巷道中自掘进工作面煤壁开始，每隔10 m在钻屑孔附近布置一个测点为限，共设15个检测点，为了与钻屑法测得数据对比，这里将测点位置与钻孔位置相对应。值得注意的是：在现场应用电磁辐射仪进行检测时，应尽量避免外界信号的干扰。

根据现场测试数据，统计绘出各点的电磁辐射值（电磁辐射幅值最大值、幅值平均值、脉冲数这三个数据的平均值）变化曲线，见图1—图5。

根据2号煤层各孔电磁辐射检测结果，得到表1电磁辐射值均值表及图6电磁辐射值均值变化曲线。

4 电磁辐射法检测结果分析

由图6看出，电磁辐射值均值较高的测点分别是1号测点147，3号测点141，4号测点154，6号测点188。结合钻屑法的结果，上述测点在钻屑法打钻检测过程中都分别出现卡钻现象，可以认定这几处测点煤层内部存在应力异常集中现象，即存在冲击危险，应在这几处采取防冲击措施，避免发生危险。

图2 4号～6号测点电磁辐射值变化曲线

图3 7号～9号测点电磁辐射值变化曲线

图4 10号～12号测点电磁辐射值变化曲线

图5 13号～15号测点电磁辐射值变化曲线

根据临界值的计算方法，取除上述4个测点外其它11个测点，计算电磁辐射值均值平均值，取其平均值的k倍（一般k=1.5）作为临界值，经计算该值为141。此值作为判断冲击危险性的标准，但随着监测工作的进行，此值将不断调整。采用KBD5矿用本安型电磁辐射仪，检测进行冲击危险性检测，检测测出电磁辐射值大于141的区域，再应用钻屑法精确确定冲击危险程度。

表1 电磁辐射值均值表

图6 电磁辐射值均值变化曲线

Abstract:Experiment research shows that,during the impact and rupture process of coal or rock,fracture formation and particles friction can produce electromagnetic emission.The higher stress the coal-rock endures,the bigger deformation and fracture are and the stronger the electromagnetic emission signal is.Before the rock burst occurs,the electromagnetic emission would increase substantially,therefore the critical threshold of rock burst can be predicted by measuring the emission energy.

Key words:rock burst;electromagnetic emission method;critical threshold

编辑：徐树文

Application of Electromagnetic Emission Method in Rock-burst Prediction

SONG Gang,ZHANG Shu

(Handan Design Engineering Co.of China National Coal Group,Handan Hebei 056031,China)

TD324；TD326.+1

A

1672-5050（2010）09-0067-03

2010-06-29

宋 刚（1982—），男，吉林通化人，大学本科，助理工程师，从事矿山工程设计研究。