给“煤矿”治病？科学家以智能防控煤矿冲击地压！

矿冲击地压是煤矿常见的一种动力地质灾害，严重威胁着我国深部煤矿安全高效开采。然而以往对冲击地压的防治往往是“头痛医头、脚痛医脚”效率低且周期长，给煤矿正常生产带来了较大影响。近年来，随着煤矿智能化装备技术水平的提高和探测技术的进步，科学家逐渐探索出了一系列煤矿冲击地压智能防控技术，大大减少了煤矿冲击地压事故的发生频率与发生周期，给煤矿的安全高效开采创造了良好的外部环境。

01 传统防控手段及弊端

冲击地压是煤矿井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等。冲击地压发生机理复杂、影响因素多，极易造成严重的伤亡事故，对煤炭安全高效开采具有严重威胁。传统冲击地压防控手段需要采取全方位防控措施且拥有诸多弊端：一是需要投入大量作业人员，增加了矿井开采成本。二是降低了煤矿生产效率。冲击地压煤层生产人员数量、生产规模有严格控制，煤矿的设计产能大大降低。三是深部冲击地压往往伴随其他复合型灾害。

02 智能防冲的原理与关键技术

智能防冲通过构建工作面地质、应力、预测预警模型，结合微震监测数据分析判断冲击地压发生的概率，然后根据预测结果，对工作面采煤机的割煤速度，以及液压支架的支护强度等进行调整，以降低冲击地压发生可能性。

关键技术一：建立工作面地质建模与工作面压力监测。

在前期地质、物探、钻探数据的基础上建立矿井高精度三维地质模型，同时通过微震、地音等监测技术对工作面回采过程覆岩断裂情况及工作面液压支架的压力数据进行实时监测，在此基础上对工作面来压步距、来压强度等进行分析，预测冲击地压发生的可能性、位置及强度。

关键技术二：液压支架自适应调控。

在实时监测数据的基础上，将智能监测数据与地质模型数据高度融合，对工作面的采动应力场、覆岩断裂结构、应力异常区等进行监测预警，根据预警信号对液压支架的支护力、支护姿态进行智能控制。

关键技术三：采煤机智能调速。

根据预测结果优化采煤机的截割模版，控制采动应力异常区的截割深度、割煤速度、滚筒转速，形成协同推采智能截割调控，最大程度降低开采活动对采动异常区的扰动，降低冲击地压发生风险。

结语

目前，我国煤矿正以每年10米～25米的速度向深部延伸，向地球深部进军成为我国能源发展的必由之路。通过智能防冲技术突破深部冲击地压煤层安全高效智能开采难题，实现冲击地压矿井减人、防灾、提效，为我国深部煤炭资源开发保驾护航，也成为保障我国主体能源安全的重要战略方向和战略要求，未来必将大有作为！

参考文献：

[1]王国法,潘一山,赵善坤,等. 冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采[J]. 煤炭科学技术, 2024, 52 (01): 1-14.

[2]秦子晗,李伟东,冯美华,等. 冲击地压智能化防治系统架构及关键技术[J]. 煤炭科学技术, 2022, 50 (08): 1-7.

[3]齐庆新,李海涛,杨冠宇. 煤矿冲击地压智能化防控之路[J]. 智能矿山, 2021, 2 (01): 22-24.

作者：刘汉斌 山西省煤炭地质局高级工程师

出品：科普中国

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