武汉岩土所研发出煤矿冲击地压动态监测预警系统

随着矿产资源开采深度和强度的不断加大，岩爆作为矿压的一种特殊表现形式，已经成为深部资源开采领域的主要灾害之一。最近，中国科学院武汉岩土力学研究所陈为忠施工过程力学课题组通过对三维应力传感器技术理论、状态信息实时感知和智能在线处理的深入研究，开发了煤矿冲击地压动态监测预警系统。这项研究工作得到了国家重点基础研究发展计划(“973”计划)和其他项目的支持。

陈为忠表示，地下开采工程受深部开采“时空关系+覆岩结构+地质结构”等多种复杂因素的影响，呈现出“地应力场+开采应力场+支护应力场”多个场叠加的复杂应力分布现象，导致应力场分布规律不清。而且，目前研发理论和技术手段不够成熟，监测范围、抗干扰性、耐久性和长期稳定性有待提高。因此，在复杂的地下空间环境下，煤岩体三维应力演化过程的动态长期监测非常困难，灾害机理和预警研究缺乏可靠的技术支持。

“如何实现采场围岩应力的三维动态长期测量，进一步加强远程应力智能实时监测和预警的研究，是当前的当务之急和亟待解决的重大技术问题。”陈为忠指出。

通过研究，课题组自主研发了高精度光纤光栅三维应力传感器。其耐腐蚀性、抗地下水和电磁干扰性能及长期稳定性都有很大提高。它可以同时实现施工期岩体的原位应力测量和项目运营期的长期实时跟踪监测，填补了行业空白。同时，借助物联网、智能技术、云计算和大数据等新一代信息技术，通过整体感知、实时传输和智能在线处理，建立了采场围岩远程三维应力场智能实时监测系统。它具有自动监控、数据共享和远程控制的优点。

通过对采集的应力状态信息进行数据挖掘和智能学习，系统地建立了动态应力风险预警指标和模型，为复杂地下空间环境下岩爆预警、信息化建设和防灾减灾措施提供理论和技术支持条件。

目前，该预警系统已申请多项发明专利，对复杂环境下地下工程岩爆等动态灾害预警和优化隧道施工具有重要的指导意义。研究成果已应用于国内多项地下工程，如兖矿集团东滩煤矿、三际煤矿等，取得了显著的社会效益和经济效益。(高雅丽)

《中国科学日报》(2018-02-05第5版《创新周刊》)