摘要：煤矿是一个复杂的系统工程，我国96%的矿井为井工开采，这决定了我国煤矿灾害客观上极为严重，其中冲击地压是主要灾害类型之一，其事故量、事故强度和伤亡人数均呈现较快增长趋势。尤其过渡到深部开采以后，原岩应力增大，围岩温度增加，岩石破坏过程加剧，受地质、开采因素的制约，统一性、规律性、差异性很大。加之采掘动态多变，巷道位移、采场失稳、应力叠加愈加明显，煤岩冲击风险巨大。

关键词：智能开采;冲击地压;监测预警;大数据平台;智能防冲

引言

随着信息技术、人工智能及5G技术的发展，中国煤矿正在向智能化开采方向发展，智能化开采装备技术、地质透明技术、开采系统决策控制等智能化采煤理论、技术和装备，在神东、陕煤、兖矿等矿区进行了技术应用，并取得显著效果。而在冲击地压防治方面仍多延用传统技术且缺乏创新突破，尤其是在智能防冲方面，缺少相应的理念和技术，使得防冲卸压人员始终无法脱离冲击危险区域，一旦发生事故，必然造成人员伤亡。因此，实现冲击地压防治工作智能化已迫在眉睫。通过地理信息技术、云计算、人工智能等技术建立智能化防冲系统，既要保证冲击地压防治的高效性，又要避免防冲人员暴露于危险区域，同时还提高防冲管理效率，真正杜绝或降低冲击地压灾害带来的威胁。

1矿井施工冲击地压特点

矿井采掘中的冲击地压具备显著的特点及发作剧烈，一般在划分其特征强度中根据弱冲击、强冲击、矿震、岩爆等作为级别。通常来讲，矿井采掘时形成冲击地压会抛出矿体、巨响或声浪等情况，形成这一系列情况时非常剧烈，以及形成的破坏性非常之大。冲击地压形成的同时显著的动力情况形成于矿产，在矿井采掘时往往形成矿产资源爆破声。并且，还会显著降低矿井巷道围岩的可靠性，从而使巷道内支架受到严重破坏，更加难以维护巷道。总之，冲击地压的特点表现为下面几点：一是复杂性。基于各种采矿工艺技术以及地质条件的制约，不管应用怎样的采掘技术都较难防范冲击地压的形成。二是矿井工程施工的爆破性。在冲击地压中，矿井施工的爆破性是非常多见的一种情况，一般矿井施工的爆破性会严重冲击顶底板、矿层，甚至会形成岩爆的情况。三是瞬时性。形成冲击地压往往不存在任何预兆，以及形成的过程较短，一般维持在几秒钟的时间，以及往往都是刹那形成的。四是破坏性。在矿井采掘中形成冲击地压常常形成非常大的破坏性，从而损坏采掘设备，甚至对采掘工作者的人身安全形成严重威胁。

2冲击地压矿井智能化防冲控采技术的思考

2.1冲击地压监测预警技术

由于现在煤矿冲击地压出现机理比较模糊，同时煤矿地质赋存具有繁琐、变化较大的特点，若想提高冲击地压警示的有效性，在具体施工期间往往会应用区域监控与部分监控融合的多种参量一起监控警示工艺。应用频率较高的监控体系为：（1）自震式微震监控体系。此种监控体系可以针对井下微震问题进行精准的定位，得出对应的能量变化图与频次变化图特点，良好的落实针对矿井矿层应力布置、矿层变化以及结构等展开不间断的监控，能够良好的适用于浅埋设类型采空位置中围岩动态的监控工作中。（2）应力在线监控体系。冲击地压的发生主要是因为定应力和采空应力共同作用造成出现了应力相对集中，采动应力在开采与掘进扰动条件下发生动态变化。在此种情况下，能够针对矿井内部矿层应力的持续监控完成冲击地压的警示。在此项工作中适用频率较高的技术为光纤光栅应力连网监控、钻孔应力监控与当量钻屑监控，此类方式大多可以针对各种参数展开判定，进而针对矿井内部周围岩层应力变化进行良好的观察，保证能能够针对冲击地压做出警示。（3）震动场与应力场结合的监控警示体系。此种监控方式主要借助震动波，然后融合了采动应力，选取波速不正常与波速梯度不正常的数据，通过形成各个时间与空间中震动能量与岩层碎裂连接逻辑，针对冲击变化展开良好的监控，进而能够为开展冲击地压预防工作奠定基础。

2.2冲击地压工作面输送机智能变频驱动技术

通过对变频器软件功能提升，实现智能变频驱动。在适应各类传统刮板输送设备配套的前提下，优化供电配置，扩展和延伸刮板输送设备在复杂多变地质条件下特殊开采工艺的配套应用。通过供电频率及电压的组合调整和刮板输送设备的智能匹配，满足1.8～2.2倍额定负载之下任何工况的安全、可控、平稳起动和加速，实现真正意义上的无级软起动。通过变频软起动，将直接起动5～7额定电流降低到1.5倍额定电流之内，减小了起动过程中起动电流对电网和电机的冲击。同时，以采煤机的工作循环为调速周期，依据采煤工艺，综合考虑采煤机位置、刮板输送设备煤量和负载转矩等变量，对变频刮板输送设备按负载特性曲线进行智能判断、主动适应和固定调速区间的分档调速。

2.3冲击危险智能监测预警系统

冲击地压监测预警技术是目前防冲智能化发展最快的领域，其功能实现主要借助于冲击地压监测系统进行冲击危险判断。要真正实现智能化的准确预警，除接入冲击地压监测数据外，还应同时接入工作面三维模型和生产指挥系统，将工作面位置、开采情况、地质环境等动态数据与冲击地压监测数据进行实时融合分析，在人工智能技术辅助下，利用数理统计、神经网络等方法进行回归反演，确定冲击地压预警指标及临界值。该子系统将在监测终端处按时间序列进行数据融合，并以此为基础进行各系统关联。实现综合预警主要通过以下模式：（1）利用神经网络等方法，通过前期大量样本和相关案例的学习，建立神经网络模型，通过监测值的输入，输出预警结果。（2）利用模糊综合评判方法，通过层次分析、主成分分析、熵权等方法确定各预警指标的权重，并将各指标进行归一化处理，通过指标的量化值与权重进行加权计算，得到最终预警结果。本系统具有学习和自适应功能，根据预警后现场监测数据反馈，能够调节指标或优化权重，使预警结果更能准确的反映现场实际情况。

2.4信息快速采集技术

历史信息包含由地质历史和开采历史形成的地质信息和开采信息，地质信息包括开采深度、顶板条件、煤层厚度及变化、地质构造、冲击倾向性等;开采信息包括巷道布置方式、开拓开采布局、煤柱留设、巷道支护等。煤矿井下工程的隐秘性、复杂性、多变性，以及勘探程度不足等因素，造成地质信息不完整、不精确，通常与工程实际存在一定的偏差甚至错误，因此需要及时修正，其中最常用、最有效的方法是现场探测法。

结语

（1）在煤矿大力发展智能化的同时，冲击地压的防治智能化进程相对滞后，主要表现在评价方法适应性不足、预警准确率不高、卸压自动化程度低等方面。（2）根据防冲理念结合智能化矿井建设经验，提出了基于“信息感知系统→矿井数据采集处理平台→冲击地压智能管控系统”的智能化冲击地压防治系统架构。（3）智能化冲击地压防治系统架构中冲击地压信息感知系统包括煤矿井下静态数据信息和动态变化信息;矿井数据采集处理平台主要实现信息整理分析、巷道三维建模和防冲知识库等功能。

参考文献

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[3] 鞠文君，潘俊锋.我国煤矿冲击地压监测预警技术的现状与展望[J].煤矿开采，2012，17（6）：1-5.