降服看不見的殺手 各煤礦紛紛請來這道“平安符”

圖為沖擊礦壓智能綜合監測預警平臺，該平臺是全球最大的沖擊礦壓監測網絡。受訪者供圖

中國礦業大學研發的“沖擊礦壓智能綜合監測預警系統”，在國內多家煤礦轉化應用后，成為煤礦特殊災害的“警鈴”，已成功為一座座煤礦“排憂解難”，并走出國門，在多個國家發揮作用。

5月初，山東某市的一座煤礦，地面上人來車往一切如常，但是地下1000多米的深處卻危機四伏，一股強大的能量隨時可能噴涌而出，工作人員正緊盯著監測屏幕關注它的動向……

就在5天前，中國礦業大學為礦井安裝的“沖擊礦壓智能綜合監測預警系統”發出警報，震動波CT反演結果顯示，一個掘進工作面的周邊震動波波速明顯異常，正處于較強的沖擊危險狀態。

工作人員收到警報后，立即停止掘進作業、疏散井下人員、采取泄壓措施……5月5日，井下突然傳來一聲巨響，就連地表也隨之晃動，一次大能量強礦震在井下爆發，所幸處置及時并未造成人員傷亡。

研發礦山“CT”，緩解陌生的壓力

2018年10月20日，山東龍鄆煤業有限公司發生重大事故，井下巷道被一股強大的力量擠垮，噴出的煤巖體把通道堵死……事故共造成21人死亡、1人受傷。

調查分析發現，此次事故既非瓦斯爆炸、坑內火災、采煤透水等傳統礦難，也不是頂板事故等人為原因，而是由一個相對陌生的名詞“沖擊地壓”（也稱沖擊礦壓）引發的。

近年來，隨著煤炭資源開采深度和開采強度的增加，沖擊礦壓等巖層動力現象日益加劇，沖擊礦壓已成為深部資源開采領域面臨的主要災害之一。中國礦業大學教授竇林名告訴記者：“煤礦開采越深，礦山壓力也就越大，一般采深超過400米即存在危險，埋深1000米危險系數比較高，而我國目前最深的煤礦已達到地下1500米�！�

所幸的是，如今面對這種“陌生的壓力”，已經有了“緩解”的辦法。多家煤礦轉化應用了中國礦業大學的科研成果后，已經可以避免上述事故的發生。

2008年5月11日，位于甘肅的華亭煤業集團有限公司（以下簡稱華亭煤業）一如往常，數百名礦工正在井下有序開采。突然，總工程師周澎收到監控系統報警信息，監測數據顯示，250102工作面礦壓異常升高。盡管此時井下一切正常，但是為了安全起見，周澎最終還是簽發了預警單，礦工隨即從井下撤離。

5月12日，一起劇烈的沖擊礦壓在250102工作面發生，巷道被嚴重破壞，一列長約100米、安裝有數十噸設備的列車被掀翻。令人慶幸的是，井下礦工都已安全撤離。

在此之前，華亭煤業有人對這套監測預警系統還將信將疑，從那以后，全礦上下把這項技術奉若至寶，再未因沖擊礦壓發生過死亡事故。

如同地震一般，沖擊礦壓這種動力災害現象發生時沒有明顯的宏觀前兆，具有突發性、瞬時震動性、巨大破壞性的特征，事先難以確定發生的時間、地點和強度。

“原先沖擊礦壓基本是不能監測的，通過我們的研究監測準確率可以達到90%。目前我們可以預測沖擊礦壓的危險性、地點、大概的時間和強度�！备]林名說。

以竇林名教授為首席專家的“中國礦業大學沖擊地壓研究中心”，在國內率先提出了“動靜疊加誘沖理論”“煤巖體沖擊破壞的沖能原理”“巷道圍巖的強弱強結構效應”以及沖擊礦壓的強度弱化減沖原理。

在長期的科研實踐中，竇林名團隊開發了電磁輻射技術、區域性微震監測技術及系統雙震源一體化CT應力探測技術及系統，把看不見摸不著的地下巖層能量及其變化以量化的數值呈現在電腦上。

“沖擊危險的CT預警技術的原理就像我們在醫院做CT檢查，通過人工主動激發震源，或巖層破裂引發的震動（被動震源），來反演煤巖體內的應力分布狀態，并基于應力異常、應力梯度、波速應力關系，建立沖擊危險預警準則，可以實現區域應力場的反演與沖擊危險預警�！备]林名說。

2013年和2014年，國家安全生產監督管理總局和中國煤炭工業協會，先后組織專家對中國礦業大學研發的“煤礦沖擊礦壓微震時空監測預警技術研究”“煤礦沖擊礦壓震動波CT預測原理與技術”進行了成果鑒定，均達到國際領先。

而這一國際領先的成果，也被多家煤礦看中，很快就遍地開花，在礦山作業中轉化為實際應用。

成果深入轉化，布下全球最大監測網

從2008年起，我國煤炭產業進入快速發展時期，一方面是各地煤礦產量迅速攀升，另一方面是礦井向著地下越挖越深。而沖擊礦壓的危險隱患也就愈加凸顯。

2013年，陜西彬長礦業集團有限公司（以下簡稱彬長礦業）胡家河煤礦的管理層陷入左右為難之中，這個新開發的礦井，僅僅開采了一個工作面，就頻繁發生沖擊礦壓事件，“當時已經到了一挖就沖的地步，根本沒法開采了，這個礦井預計可以開采100年，但是才挖了不到一年，如果不解決這個問題，礦井可能就要封存廢棄，太可惜了！”一位熟悉胡家河煤礦的專家告訴記者。

為此，彬長礦業慕名找到了中國礦業大學，希望科研人員能早日降服這個看不見的“殺手”。

課題組經過在線監測、調查分析，發現這里的地層褶曲、井下煤柱位置不科學是導致沖擊礦壓頻頻發生的主要原因。將專家們的科研成果進行實際轉化應用，經過嚴格整改后，胡家河煤礦竟然再也沒有發生過沖擊礦壓。

我國是世界上煤炭開采量最多的國家，也是沖擊礦壓災害最嚴重的國家。據統計，目前我國已有329個沖擊礦壓礦井，正在開采的達253個。煤礦沖擊礦壓不僅自身危害大，而且會誘發瓦斯異常涌出、瓦斯爆炸等重特大災害。

中國礦業大學在沖擊礦壓災害方面的科研腳步一直沒有松懈，科研成果的轉化應用也一直在深入推進。2006年，中國礦業大學沖擊地壓研究中心在華亭礦區硯北煤礦安裝國內首套SOS微震監測系統，目前國內已有70多個礦井安裝了這套監測系統。

“我們構建了一個沖擊礦壓智能綜合監測預警平臺，是全球最大的沖擊礦壓監測網絡�！备]林名自豪地說。

平臺建立起來后，每個煤礦在調度室都能夠看到礦井的能量釋放情況。接到預警通知之后，一方面可以及時撤離人員，避免傷亡；另一方面，采取卸壓等措施誘發能量釋放，從而減少能量的聚集。

“沖擊礦壓智能綜合監測預警平臺”還相繼被國外的同行看中，目前，該成果已經走出國門，服務世界，孟加拉BARAPUKURIA煤礦、波蘭KATOWICE煤礦等均已采用。

課題組研發的煤礦沖擊地壓動靜載探測預警與防治技術，相關成果還納入了國家部門規章《煤礦安全規程》和國家標準《沖擊地壓測定、監測與防治方法》。而這一科研成果的轉化應用，也帶來了可觀的經濟效益，據不完全統計，從2015年至2017年底，部分應用礦井同比新增安全煤量3962.25萬噸，新增銷售額達160.68億元。

知識鏈接

沖擊地壓：也稱沖擊礦壓或巖爆，是井巷或工作面周圍煤（巖）體，由于彈性變形能在瞬間釋放而產生的突然、劇烈破壞的動力現象，常常伴有煤巖體拋出、震動、巨響及氣浪等，是造成人員傷亡和采掘空間嚴重破壞的煤礦動力災害。

煤礦一般是由上往下開采，當一層煤炭挖空，只留下煤柱作為支撐，煤柱就如同房屋結構中的承重墻，上方沉重的巖土都壓在它身上。

“煤礦開采會導致煤（巖）層應力重新分布，形成應力增高區（支承壓力區），一旦超過臨界值就會瞬間壓垮巷道或工作面，造成慘重的人員傷亡和巨大的財產損失。”中國礦業大學教授竇林名解釋說。（記者 張曄 實習生 呂迪）