摘要：煤礦沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警是沖擊地壓防治的重要環(huán)節(jié)，但單指標(biāo)監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性差，多指標(biāo)聯(lián)合監(jiān)測(cè)存在各指標(biāo)相互獨(dú)立，預(yù)警閾值不確定，實(shí)時(shí)聯(lián)合效果差等問題，本文通過應(yīng)用改進(jìn)的D-S證據(jù)理論融合微震指標(biāo)和聲電指標(biāo)多參量監(jiān)測(cè)結(jié)果，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行變換，效果更加直觀，通過在2315工作面進(jìn)行5個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，共計(jì)準(zhǔn)確預(yù)警沖擊地壓事件9次，大能量礦震事件8次，沖擊、大能量礦震事故預(yù)警的準(zhǔn)確率達(dá)100%，誤報(bào)3次，誤報(bào)率為15%。應(yīng)用改進(jìn)的D-S證據(jù)理論融合微震指標(biāo)和聲電指標(biāo)多參量監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)警的準(zhǔn)確率較高，解決了多指標(biāo)聯(lián)合預(yù)警的缺陷，具有很好的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：煤礦;大埋深;多參量;沖擊地壓;預(yù)警技術(shù)

　　0引言

　　煤礦沖擊地壓是嚴(yán)重的煤巖動(dòng)力現(xiàn)象，是在高地應(yīng)力條件下進(jìn)行煤炭回采時(shí)，煤巖體受采動(dòng)影響，應(yīng)力重新分布造成局部應(yīng)力集中，在外部因素的影響下失穩(wěn)破壞，積聚在煤巖體內(nèi)的彈性能突然釋放，造成強(qiáng)烈震動(dòng)和巷道內(nèi)設(shè)備損壞及人員傷亡。山東省內(nèi)千米深井和沖擊礦井在全國(guó)占有比重最高，在全國(guó)存有的43處千米深井中，山東有16處，占全國(guó)深井?dāng)?shù)的37.2%，山東有沖擊礦井42處，占全國(guó)沖擊礦井的30%。山東龍鄆煤業(yè)10.20重大沖擊地壓事故造成21人死亡，1人重傷，影響山東42處沖擊礦井停產(chǎn)待查。沖擊地壓已成為影響煤礦生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿��?zāi)害。如何有效預(yù)測(cè)和治理煤礦沖擊地壓災(zāi)害是目前我國(guó)煤礦生產(chǎn)亟待解決的難題[1-4]。

　　消防論文范例：當(dāng)前農(nóng)村消防工作現(xiàn)狀及對(duì)策研究

　　煤礦沖擊地壓發(fā)生前會(huì)有一些前兆信息顯現(xiàn)，但有開采環(huán)境的影響，使這些前兆信息呈現(xiàn)復(fù)雜性的混沌特征，給沖擊地壓預(yù)測(cè)變得十分困難。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者在沖擊地壓的預(yù)測(cè)和防治中積累了許多的寶貴經(jīng)驗(yàn)。劉金海通過分析多種沖擊地壓的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，總結(jié)了監(jiān)測(cè)預(yù)警在參量、閾值、測(cè)點(diǎn)布設(shè)等方面存在的問題，并分析震動(dòng)-應(yīng)力聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù)和全頻廣域監(jiān)測(cè)技術(shù)，指出全頻廣域監(jiān)測(cè)技術(shù)在未來的沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警中具有廣闊前景[5]。

　　王永，劉金海，王顏亮等通過分析當(dāng)前煤礦多參量沖擊地壓預(yù)警的現(xiàn)狀和問題，提出沖擊地壓多參量預(yù)警平臺(tái)建設(shè)方案，通過充分挖掘個(gè)參量的監(jiān)測(cè)結(jié)果，克服了指標(biāo)獨(dú)立，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果差的的弊端，彌補(bǔ)了聯(lián)合監(jiān)測(cè)的不足，并在鄆城煤礦進(jìn)行測(cè)試，提高了沖擊地壓預(yù)警結(jié)果的準(zhǔn)確性[6]。

　　劉曉悅，李朋園針對(duì)沖擊地壓非線性、強(qiáng)耦合性特點(diǎn)，單一的沖擊地壓預(yù)測(cè)模型，雖然方法可行性強(qiáng)，但是其處理速度慢，預(yù)測(cè)結(jié)果精度不高等問題，通過應(yīng)用LGMS、PSO、SA、混沌搜索來修正果蠅算法(IFOA)，并通過BP網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整權(quán)值和閾值，建立煤礦沖擊地壓預(yù)測(cè)模型，并在河北開灤煤礦進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其預(yù)測(cè)精度明顯提高，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的收斂性能和優(yōu)化能力[7]。

　　目前針對(duì)沖擊地壓預(yù)警的方法多，手段各異，單一參數(shù)預(yù)測(cè)沖擊地壓的結(jié)果不準(zhǔn)確，各種方法的預(yù)警指標(biāo)不一致，經(jīng)常造成現(xiàn)場(chǎng)無法正確選擇沖擊地壓的預(yù)測(cè)方式，本文針對(duì)單一物理參數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，預(yù)警指標(biāo)不一致的問題，基于微震監(jiān)測(cè)和電磁輻射監(jiān)測(cè)提出多地球物理常數(shù)的沖擊地壓預(yù)測(cè)方法，運(yùn)用D-S證據(jù)理論整合多地球物理常數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，旨在為煤礦準(zhǔn)確越策沖擊地壓提供借鑒。

　　1D-S證據(jù)理論

　　D-S證據(jù)理論于1967年提出，是一種建立在非空集合Θ(Θ=A1,A2,…,Am)上多信息融合方法，Θ為D-S證據(jù)理論的假設(shè)空間，也稱為識(shí)別框架，目前D-S證據(jù)理論廣泛應(yīng)用于有限離散領(lǐng)域的推理[8-9]。主要包括基本概率分配函數(shù)、似然函數(shù)、信任函數(shù)等幾個(gè)要件。

　　2證據(jù)指標(biāo)選取

　　微震監(jiān)測(cè)和聲電監(jiān)測(cè)為煤礦現(xiàn)場(chǎng)常用的沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警方式，本文選取微震法、電磁輻射法和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為D-S證據(jù)理論的證據(jù)指標(biāo)[10-11]。微震、電磁輻射和聲發(fā)射信號(hào)受采掘活動(dòng)影響，煤巖體內(nèi)原始地應(yīng)力調(diào)整，圍巖變形破壞過程中能量、電磁波和彈性波的釋放，反應(yīng)了煤巖體中的應(yīng)力狀態(tài)和能量釋放的速度，當(dāng)煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生較大幅度的變化時(shí)，能量信號(hào)、聲電信號(hào)均會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)程度超過一定特定的范圍，即表示發(fā)生沖擊危險(xiǎn)性增大。一般情況下，煤巖體內(nèi)部能量的非均衡變化隨時(shí)間不斷波動(dòng)，具有顯著的時(shí)間特性。因此，能量信號(hào)、聲電信號(hào)參數(shù)能應(yīng)用于沖擊地壓的監(jiān)測(cè)預(yù)警研究。

　　3多地球物理參數(shù)的多指標(biāo)信息融合預(yù)警模型

　　根據(jù)D-S證據(jù)理論假設(shè)空間并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將D-S的證據(jù)體為Di=(D1，D2，D3，D4，D5)，式中：D1、D2、D3、D4、D5分別表示b，ΔE、ΔN、ΔR、ΔA。假設(shè)空間分為四級(jí)評(píng)價(jià)體系，即Θ=(Θ1，Θ2，Θ3，Θ4)，判別標(biāo)準(zhǔn)為：Θ1(0.7<μ<1)，危險(xiǎn)級(jí)別;Θ2(0.5<μ<0.7)，較危險(xiǎn)級(jí)別;Θ3(0.3<μ<0.5)，較安全級(jí)別;Θ4(0<μ<0.3)，安全級(jí)別;當(dāng)μ=0時(shí)，工作面安全，不會(huì)發(fā)生沖擊事故，當(dāng)μ=1時(shí)，工作面最危險(xiǎn)，極易發(fā)生沖擊事故。

　　4現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

　　朱家鎮(zhèn)煤礦2315工作面位于井下-940m開采水平，地面標(biāo)高+34～+36m，工作面標(biāo)高-975～-990m，埋深超過1000m，主采3煤，煤層傾角2°～9°，平均4°，煤厚2.1～3.1m，平均2.6m。煤層頂板主要為深灰色泥質(zhì)砂巖、相對(duì)完整，局部含粉砂巖，較破碎，底板為深灰色泥巖及砂質(zhì)泥巖。工作面地質(zhì)構(gòu)造對(duì)開采活動(dòng)具有一定影響，其中由于XDF203等斷層的存在使得工作面沖擊危險(xiǎn)程度增大。通過選取2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和聲電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過公式(15)和公式(16)確定各指標(biāo)的危險(xiǎn)程度概率賦值情況，然后進(jìn)行基本概率賦值并根據(jù)D-S數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為得到更加直觀的結(jié)果。

　　2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日生產(chǎn)期間，工作面共發(fā)生沖擊地壓事件9次，微震監(jiān)測(cè)到大能量礦震事件8次。在此次驗(yàn)證實(shí)踐中，均能提前1～4d對(duì)沖擊地壓和大能量礦震進(jìn)行預(yù)警，且沖擊地壓和大能量礦震事件均能被準(zhǔn)確預(yù)警，事件預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為100%。其中存在3次為無礦震和沖擊地壓的誤報(bào)事件，多參量沖擊地壓預(yù)警的整體準(zhǔn)確率為85%。因此基于改進(jìn)的D-S證據(jù)理論融合微震指標(biāo)和聲電指標(biāo)多參量監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)警的準(zhǔn)確率較高，對(duì)沖擊地壓和大能量礦震事件能準(zhǔn)確預(yù)警，且所需數(shù)據(jù)為煤礦現(xiàn)場(chǎng)常設(shè)設(shè)備及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)適用性好。

　　5結(jié)論

　　沖擊地壓?jiǎn)沃笜?biāo)監(jiān)測(cè)預(yù)警的可靠性差，多指標(biāo)聯(lián)合監(jiān)測(cè)存在各指標(biāo)相互獨(dú)立，預(yù)警閾值不確定，實(shí)時(shí)聯(lián)合效果差等問題，本文通過改進(jìn)的D-S證據(jù)理 論融合微震指標(biāo)和聲電指標(biāo)多參量監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出以下結(jié)論：

　　1)微震能量和微震時(shí)間發(fā)生次數(shù)的表達(dá)式中常數(shù)b反映震源區(qū)的應(yīng)力和介質(zhì)條件，將常數(shù)b作為微震監(jiān)測(cè)特征指標(biāo);根據(jù)聲電監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，引入時(shí)間波動(dòng)梯度概念作為聲電信號(hào)的特征指標(biāo)。2)沖擊地壓預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)基本概率賦值結(jié)果出現(xiàn)連續(xù)3d明顯增長(zhǎng)，或者達(dá)到級(jí)時(shí)，進(jìn)行沖擊地壓預(yù)警。3)2315工作面2017年7月1日—2017年11月30日生產(chǎn)期間，工作面共發(fā)生沖擊地壓事件9次，微震監(jiān)測(cè)到大能量礦震事件8次，均能提前1～4d對(duì)沖擊地壓和大能量礦震進(jìn)行預(yù)警，事件預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率為100%。

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　　作者：郤智慧