基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性电磁波CT评估方法

2019-03-27刘少虹潘俊锋王洪涛唐忠义夏永学曹延福张晨阳

煤炭学报 2019年2期

刘少虹，潘俊锋，王洪涛，唐忠义，夏永学，曹延福，张晨阳

(1.煤炭科学研究总院开采研究分院，北京 100013; 2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013; 3.陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西咸阳 713600)

近年来，随着开采深度和强度的逐渐增大，冲击地压灾害发生频率逐年升高，严重威胁矿井的安全生产。冲击危险性评价的传统方法包括综合指数法、冲击地压可能性指数诊断法、动态权重法等[1-4];近年来，发展出基于实时监测数据的冲击危险性评估方法[5-9]，对冲击地压防治做出了较多贡献，但由于煤岩地质条件的多变性、复杂性，以及设备精度和评价模型的局限，不能反映近场围岩全部冲击危险情况。

地下电磁波法(CT)借鉴工业CT和医学CT[10-11]，依据电磁波在地下有耗介质中传播规律及一定的物理和数学关系反演透视剖面上的构造、裂隙带、煤厚变化以及陷落柱等[12-15]分布，最终以图像形式呈现。电磁波CT探测操作方便，仅需打2个钻孔;探测频率最高可达32 MHz，能够实现巷道近场围岩的精确探测[16]。

笔者考虑了冲击启动过程经历的“能量释放→能量传递→冲击显现”3个阶段，分析了基于冲击启动过程的冲击危险性评估的理论基础，构建了包括能量集中指数、屈服接近指数、能量传递衰减指数和支护损伤指数等4个指标的冲击危险性评估体系;由此，以电磁波CT探测为平台，建立了能够划分近场围岩冲击危险区域及危险等级的评估方法。并将其应用于现场实践，实践表明该方法应用效果良好。

1 电磁波CT探测与冲击危险性的关系

电磁波CT法是利用无线电波在2个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强大小，来确定地下介质特性的一种地球物理勘查方法，它的工作频率最高可达32 MHz。电磁波CT法中的场强观测值公式[15-16]为

(1)

(2)

当电磁波在地下同一性质的介质中传播时，破裂带和结构面的存在会减弱电磁波，煤体破坏程度越高对电磁波的吸收系数越高，从而电磁波的衰减程度越大，利用这一差异反映围岩破裂区的分布情况及发育程度。

由式(2)可知，对煤层进行电磁波CT探测，煤的电磁波吸收系数主要随介电常数和电阻率的变化而变化。由实验室实验结果[17]，煤的介电常数和电阻率与煤体承受应力相关，而煤体承受应力又与冲击危险性密切相关，因此可以说煤层中电磁波CT探测与冲击危险性是相关的，以下具体说明。

通过实验发现[17]，煤的电阻率ρ与其承受应力σ间呈线性关系，如式(3)所示:

ρ=aσ+b

(3)

式中，a，b为常数，由实验结果，a的区间为(-5.1×10-3,5.7×10-2)，b的区间为(3.7,13.5)。

(4)

式中，c，d为常数，由实验结果,c的区间为(3.0×10-4,1.2×10-2)，d的区间为(1.6,2.7)。

综上，将式(3)和(4)代入式(2)中，可得电磁波吸收系数与应力近似呈线性关系，即与冲击危险性呈线性关系，如图1所示。

图1 电磁波吸收系数与应力的关系曲线Fig.1 Relationship between the absorption coefficient of electromagnetic wave and the stress

根据已有研究成果[18]，由煤岩变形破坏过程应力-应变曲线，建立的煤岩体冲击危险性判别准则如下:

式中，Wε(t)煤岩体冲击危险性指数;t为时间，s;ε(t)为煤岩体当前时刻的应变值;ε0为煤岩体出现微破裂时的初始应变值;ε1为煤岩体完全破坏时的最终应变值。

综上分析，电磁波吸收系数与冲击危险性呈线性关系，可参照式(5)进行归一化处理，且需要根据参量的物理意义简单调整，具体过程详见3.2节。

2 基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理

2.1 基于冲击启动过程的冲击危险性评估理论基础

由冲击地压启动理论[1]，冲击地压发生经历3个阶段，依次为冲击能量释放阶段(冲击启动)、冲击能量传递阶段和冲击地压显现阶段。通过将冲击发生过程进行细化，能够更好的确定冲击地压发生过程，提高冲击危险性的各个因素。

冲击地压启动的能量条件为极限平衡区集聚的弹性应变能加上顶板断裂传递来的动载荷能量大于该区煤岩破坏所需要的最小能量，如式(6)所示:

EΩ 0-Ec>0

(6)

其中，EΩ 0为极限平衡区集聚的弹性应变能，J;Ec为煤岩破坏所需要的最小能量，J。巷道近场围岩内的支承压力区，蕴藏较多弹性能，是主要的冲击地压启动区域，该区域越完整的围岩，蕴藏越多的弹性能。

由强度理论[2]，当煤岩体内的应力值超过其强度极限时，才有可能破坏失稳，继而发生冲击地压，如式(7)所示:

σ-σc≥0

(7)

式中,σ为煤岩体内的应力值，MPa;σc为煤岩体的强度，MPa。

现有研究成果表明，巷道围岩存在分区破裂现象。其中，破裂区承载能力较低，应力会向破裂区四周的完整区转移。应力值越大，煤层破坏程度越高，应力转移量越大，完整区应力越集中，冲击危险性就越高。而这种现象在裂隙发育程度变化梯度越剧烈的区域，表现的越明显。

由卸压支护耦合思想，巷道近场围岩支护区内和支护区外虽然对于冲击地压防治的作用不同，却构成了一个有机整体。围岩支护区可以抵抗冲击或减弱冲击显现程度，其完整性越好巷道抗冲击能力越强，冲击危险性越低。而在支护区外，采取松散煤体的方式，降低煤体的强度和冲击倾向性，使得应力高峰向煤体深部转移，并降低应力集中程度，释放煤体蕴藏的弹性能，从而降低围岩的冲击危险性[19]。最终，形成近场围岩“外弱内强”的卸压支护耦合结构，有效降低了冲击危险性。

由屈服接近度的思想，来定量化描述完整区接近屈服破坏的程度[20];对于巷道非均质的近场围岩来说，完整区的破坏失稳向外释放能量是导致冲击地压发生的必要条件，也就是说完整区的屈服接近程度是影响冲击地压发生的重要因素，在进行危险性评价的时候需要对该因素进行考虑。

综上所述，巷道近场围岩是冲击地压启动的主要区域，依据冲击启动过程经历的“能量释放(冲击启动)→能量传递→冲击显现”3个阶段，近场围岩内能量聚集程度和屈服接近程度、能量在传递过程中的衰减程度以及支护区的损伤程度对于冲击地压的发生均具有较大影响;在对近场围岩冲击危险性的评价中，需要对这些因素进行综合考虑。

2.2 基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理

巷道开挖后，支承压力区内裂隙区分布不均将导致支承压力分布发生变化(图2)，破裂区压力有所降低(图2中Pd)，与其相邻的完整区压力则会增高(图2中Pu1和Pu2)，完整区冲击危险性随之增大。同时，随着裂隙发育程度的升高，完整区与裂隙区之间的压力变化梯度(约为(Pd+Pu1)/dg和(Pd+Pu2)/dg)将随之增大，dg为过渡区宽度。相比于均匀受力的煤体，压力变化梯度较大的煤体更容易发生失稳[6]，具有更高的冲击危险。这里将完整区和裂隙变化梯度较大的区域统称为能量聚集区。

图2 近场围岩冲击启动过程示意Fig.2 A schematic diagram of rock burst start-up process

能量聚集区域的屈服接近程度是能量释放难易程度的体现，与其冲击危险性密切相关。此外，释放的能量将以震动波形式在近场围岩内传播，传播过程伴随着衰减，从而近场围岩内能量释放区至支护体的距离L是影响冲击危险性的另一因素，如图2所示。最后，能量传递到支护区，支护区的损伤程度就成为抵抗冲击能量能力的体现，也就是影响冲击危险性的因素之一。

综上分析，建立近场围岩冲击地压启动的判别条件，如式(8)所示:

Es{Pu>Pc}L-η>Ec

(8)

式中，Es为完整区屈服卸载向外释放的能量，J;Ec为支护体破坏所消耗的能量，J;Pu为完整区受到的压力，N;Pc为完整区的屈服极限，N;L为完整区至支护区的距离，m;η为能量在传播过程中的衰减系数。

通过式(8)可以说明4个影响因素与近场围岩冲击危险性之间的定量化关系。同时，式(8)中完整区屈服卸载向外释放的能量不易直接测得，但其通常与完整区蕴藏的能量成正比，这里将通常完整区蕴藏能量作为冲击危险的主要影响因素。

3 基于冲击启动过程的冲击危险性电磁波CT评估方法

3.1 基于冲击启动过程的冲击危险性评估体系

3.1.1 评估体系的建立

基于冲击启动过程的冲击危险性评估体系包括4个影响因素，即近场围岩蕴藏的能量、屈服接近度、能量传递衰减指数、支护区损伤程度，属于多因素综合评价。

首先，设定能量集中指数为ue、围岩屈服接近指数为uy、能量传递衰减指数为uL、支护区损伤指数为uc等。影响因素的集合为

u=(ue,uy,uL,uc)

在实际探测中，整个探测区域有m个网格节点，那么对于单一影响因素ui在探测区域会有1组集合：

ui=(ui1,ui2,…,uim)

4个影响因素在整个探测区域的集合就构成影响因素矩阵U，即

在诸影响因素(ue,uy,uL,uc)之间，对于总评价结果的影响程度各不相同，影响程度的大小与整个探测区域的探测结果以及各指标的危险程度有关，这个影响程度即为权重，本节第2部分将详细说明。评价的权重可以看成影响因素论域上的子集，每个网格节点的权重记作:

Ai=(aie,aiy,aiL,aic)

整个探测区域上m个网格节点的权重矩阵为

将A和U中序号相同的行列相乘，得到多因素综合评判结果:

(9)

矩阵B中的主对角线元素bii(i=1,2,3,…,m)即为每个网格节点的最终评估结果，如下式所示：

bii=aieuie+aicuic+aiyuiy+aiLuiL

(i=1,2,…,m)

(10)

根据统计及模糊数学、实验室试验和现场实测等结果，定量化地将冲击危险分为4个等级，分别为无、弱、中等和强冲击危险，方法中B值对应的冲击危险等级标准见表1[9,21-22]。

表1围岩冲击危险等级划分
Table1Classificationofdangergradeofrockburst

围岩指标冲击危险等级B值①无B<0.25②弱0.25≤B<0.50③中0.50≤B<0.75④强0.75≤B

3.1.2 评估权重的确定

权重的确定是多因素综合评估的关键。这里需要确定的权重包括根据各指标量值差异程度设定的属性权重，以及根据各指标危险等级设定的等级权重。

(1)评价指标属性权重的确定，熵可以度量已知数据含有的有效信息量，而熵权法是以实测数据为基准计算各个评估指标的属性权重，从而有效避免了主观判断的影响[23]。具体步骤如下[24]:

① 原始数据归一化。为了方便计算，将4个评估指标n个评估对象的原始数据矩阵U=(uij)4×n，对其归一化处理后得到R=(rij)4×n。

(11)

② 熵值计算。在有n个评估对象，每个对象有4个指标的问题中，第i个指标的熵值为

(12)

③ 熵权计算。在计算得到第i个指标的熵值之后，那么该指标的熵权由下式计算:

(13)

(2)评价指标等级权重的确定[7]，等级权重是由指标量值的安全等级而设定的权重。在多因素综合评价中，1～2个危险等级较高指标，易被其它危险等级低的指标中和，导致评价的最终危险等级被降低，失去客观公正性。为此，根据指标危险等级的高低设定权重，当某项指标危险等级较高，其权重便相应增大，从而避免被其它指标中和，4个危险等级分别设定等级权重。

首先，根据分级情况计算评价指标的隶属度，这里采用正态隶属函数进行计算，即

(14)

(3)评价指标综合权重的确定

指标的综合权重W可由下式求得，即

其中，

(15)

3.2 基于冲击启动过程的冲击危险性电磁波CT评估指标

通常，上述评价体系中的4个影响因素具有不同的计量单位，需要分别将其与电磁波探测建立联系，基于电磁波探测结果将其分别进行表达，具体如下:

(1)近场围岩的能量集中指数

根据评估的理论基础，近场围岩的能量集中指数是由电磁波吸收系数异常指数和吸收梯度指数构成。

① 吸收系数异常指数

考虑电磁波吸收系数对围岩冲击危险性的影响，构建吸收系数异常指数为

(16)

式中，β为吸收系数的实测值，dB/m;βmax为测区内围岩对电磁波吸收系数的最大值，dB/m;β0为测区内围岩对电磁波吸收系数的平均值，dB/m;α为动压特征参数，根据以往实测案例及实验结果，α在无动压显现区域取1.2，强动压显现区域取1.0，弱动压显现区域取1.1[11]。

吸收系数异常变化与煤岩体裂隙发育程度之间的关系为:正吸收系数异常指数(BI≥0)表征电磁波衰减异常与围岩破坏程度的关系，数值越大说明破坏程度越高，此时对于支护围岩该值越大则支护质量越差，而对于支护外围岩则是应力释放越充分;负吸收系数异常指数(BI<0)表征电磁波衰减异常与围岩完整程度的关系，数值越小说明完整性越好;此时对于支护围岩该值越小则支护质量越好，而对于支护外围岩则是应力越集中。

② 吸收系数梯度指数

考虑电磁波吸收系数变化梯度与冲击危险性的关系，构建吸收系数梯度指数为

(17)

式中，Gβ为测区内围岩某节点电磁波吸收系数的梯度，dB/m2;Gβmax为现场条件下测区内电磁波吸收系数梯度的最大值，dB/m2;α为动压特征参数，取值同前。

吸收系数梯度Gβ取测区内某一节点相邻四周电磁波吸收系数变化率的最大值。在离散数据中，一般先对周围8个节点求取一阶方向导数，最后取其最大值，如图3所示，中心网格(m，n)的吸收系数梯度可表示为

(18)

式中，dβ为网格边长;x，y分别为周围每一个网格的纵、横向编号。

图3 离散数据梯度计算示意Fig.3 Sketch of gradient calculation using discrete data

③ 近场围岩的能量集中指数

基于上述分析，近场围岩的能量集中指数记作:

(19)

式中，ue为近场围岩的能量集中指数;本模型中ge，se均取0.5[9,16]。

(2)近场围岩的屈服接近指数

表现屈服接近的完整区应力和屈服极限难以直接获得，这里通过围岩松动圈及其它区域的电磁波衰减系数的差异对其进行定量化体现。通常认为近场围岩0～2 m范围属于松动圈范围，该范围内煤体处于塑性状态，以该范围围岩的电磁波吸收系数的平均值作为屈服点，以此为标准建立近场围岩的破坏接近度指数，用来反映近场围岩接近屈服的程度，该指数重点评价的是近场围岩的完整区，这些区域通常也是弹性能聚集的区域。

(20)

式中，β为实测的电磁波吸收系数,dB/m;βy为屈服点的电磁波吸收系数,dB/m。

(3)近场围岩内能量传递衰减指数

在完整区屈服破坏释放的能量需要在近场围岩内传递，而在传递过程中能量会出现衰减，这里用近场围岩内能量衰减指数进行表示。它与距离支护区的距离以及传递路径上围岩的破坏程度相关。能量的释放是向四面八方的，这里的传递路径重点指的是与支护区之间的传递路径，这个传递路径与冲击地压的发生关系较为密切，如图4所示。

图4 近场围岩探测区域冲击能量传递路径示意Fig.4 Schematic diagram of rock burst energy transfer path in near-field surrounding rock exploration area

能量传递衰减指数uL与电磁波吸收系数之间的关系，可以记作:

(21)

(22)

(4)近场围岩的支护损伤指数

支护区抵抗冲击地压的最后一道屏障，它反映了近场围岩抵抗冲击的能力，这里用支护损伤指数进行表示。支护区内网格点的支护损伤指数就是其自身的破坏程度，而支护区外网格点的支护损伤指数是与其邻近的支护区的破坏程度，这些支护区域时能量释放时直接受到冲击的区域，如图5所示。近场围岩的支护损伤指数的计算公式如式(23)所示。实际计算时，临近支护区的破坏指数的平均值。

(23)

式中，gc，sc均取0.5[9,16]。

图5 近场围岩探测区域临近的支护区示意Fig.5 Schematic diagram of adjacent support area for near-field surrounding rock exploration area

3.3 评估方法的编程实现流程

基于冲击启动过程的冲击危险性电磁波CT评估方法的编程实现流程如图6所示。

图6 冲击危险性评估方法编程实现流程Fig.6 Flow chart of programming of rock burst evaluation method

图7 207工作面采掘工程平面Fig.7 Map of mine working of 207 working face

4 工程实践

4.1 工作面概况及探测方案

试验地点为陕西长武亭南煤矿207工作面回风巷，探测区域埋深529 m，主采4号煤层平均厚度17.3 m，倾角7°，具有强冲击倾向，煤层顶板为抗压强度28.7 MPa的细粒砂岩，具有强冲击倾向，底板为砂质泥岩，具有弱冲击倾向;207工作面长度200 m，207回风巷为邻空巷道，巷宽为5.2 m，其一侧区段煤柱宽度30 m，采掘平面如图7所示。207回风巷掘出后在区段煤柱内布置巷道的区域，出现了动力显现，威胁了矿井的安全生产，防冲形势较为严峻。

孔间电磁波CT探测技术在实际操作中，分别在探测区域两侧钻取激发孔和接收孔，将激发设备和接收设备安装至孔中，激发点发射高频电磁波，位于另一侧的接收点进行接收。激发步距L设定为0.5或1 m，采用完备测量，即激发孔和接收孔中从孔口开始向里间隔1 m设定观测点，所有观测点均有组合，如图8所示。

电磁波CT探测包括两类区域:① 区段煤柱内多巷道布置区域;② 区段煤柱内未布置巷道区域。具体的探测参数如图9和表2所示。

图8 完备测量下孔间电磁波覆盖区域示意Fig.8 Schematic diagram of electromagnetic wave coverage between two holes under complete measurement

4.2 探测结果及冲击危险性评估

以207回风巷30 m煤柱帮(2号区域)为例，能量集中指数ue、屈服接近指数uy、能量传递衰减指数uL和支护损伤指数uc的计算结果如图10所示。

由前文介绍的熵权法计算207工作面4个评价指标的属性权重为[0.02，0.36，0.05，0.57];并计算探测区域内每个节点的等级权重，由于篇幅有限仅列出前100个节点的等级权重，见表3，根据前文各指标的危险性越高，其等级权重越大。由图10中的计算结果中可以得出2号探测区域冲击危险性评估结果。

图9 煤柱区孔间电磁波CT探测区域及测区布置Fig.9 Electromagnetic wave CT detection area and layout in coal pillar area

测区编号激发孔深度/m接收孔深度/m孔间距/m探测面积/m2激发次数电磁波频率/MHz11313151809002～3221010123001 6002～3231313153001 6002～32477121809002～32

图10 基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性评价指标计算结果Fig.10 Calculation results of evaluation index of risk assessment of rock burst base on rock burst start-up process in near field surrounding rock

节点序号ueucuyuL节点序号ueucuyuL10.1200.4960.0890.295510.1030.4890.0890.31820.1540.4120.1010.333520.0880.4600.0810.37130.1840.3110.1170.388530.0710.4420.0770.40940.1530.4180.1000.330540.0680.4480.0730.41150.1140.5000.0890.296550.0590.3400.1710.43060.0860.4560.0800.378560.0770.3380.1460.43970.0740.4460.0800.400570.0780.3410.1400.44280.0780.4460.0780.398580.0860.3810.1300.40390.1120.5040.0890.295590.0910.3900.1150.405100.1020.4140.2130.271600.1040.4160.0920.388110.1120.4150.2010.272610.1300.4400.1000.330120.1060.4300.1830.281620.1380.4230.1020.338130.1180.4260.1760.279630.1430.4320.0990.327140.1060.4400.1540.300640.1190.4980.0890.294150.1190.4480.1400.293650.1130.4930.0910.302160.1230.4980.0880.291660.0960.4760.0880.339170.1540.4120.1010.333670.0760.4490.0800.395180.1830.3160.1160.385680.0930.4640.0820.361190.1530.4180.1000.330690.0720.4440.0770.407200.1140.5000.0890.296700.0840.3740.1860.356210.0920.4540.0790.374710.0800.3600.1550.404220.0750.4480.0790.398720.1260.4290.1740.271230.0740.4570.0740.395730.0870.3940.1350.383240.0770.4470.0770.399740.0960.3990.1160.389250.0790.3550.1830.384750.0640.3670.0700.498260.0810.3690.1730.377760.1250.4490.0990.328270.0820.3630.1540.402770.1230.4590.0970.321280.0940.3870.1520.367780.1190.4720.0950.314290.0990.4110.1330.357790.1120.5030.0890.295300.1280.4460.1340.292800.1020.4880.0910.320310.1250.4910.0890.295810.0880.4590.0880.364320.1600.4100.1000.330820.0760.4470.0800.396330.1730.3870.1020.338830.0740.4450.0800.402340.1530.4180.1000.330840.0720.4440.0780.407350.1200.4730.0940.312850.0650.3750.1840.375360.0970.4750.0840.343860.0800.3640.1620.394370.0750.4480.0790.397870.0830.3800.1540.383380.0690.4430.0750.413880.0830.3770.1380.402390.0760.4470.0770.401890.0640.3760.1110.449400.0590.3520.1760.414900.0620.3700.0730.494410.0630.3700.1580.408910.1110.4730.0960.320420.0620.3490.1400.450920.1130.4970.0900.300430.0850.3960.1300.389930.0960.4730.0840.347440.0950.4000.1160.390940.0880.4570.0800.375450.1320.4630.1090.296950.0860.4570.0860.371460.1230.4980.0880.291960.0910.4630.0900.355470.1540.4130.1000.333970.0780.4440.0830.395480.1540.4130.1000.333980.0740.4470.0790.400490.1350.4780.0900.297990.0870.4610.0830.369500.1150.4940.0900.3001000.0730.3870.1850.355

图11为207回风巷探测区域的冲击危险性指数分布云图，探测区域内D最大值为0.55，最小值为0。总体来看，测区内绝大部分区域冲击危险性指数小于0.5。

图11 基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性评估结果Fig.11 Calculation results of risk assessment of rock burst base on rock burst start-up process

根据冲击危险探测云图对各个探测区域的冲击危险性进行具体分析:

(1)由图11(a)可知，30 m煤柱区回采帮在支护区外，探测区域中部支护区边缘由于完整性较高且距离支护区较近，具有较高的冲击危险。探测区域两侧由于正对的支护区破坏程度较高，抵抗冲击能力比较弱，因此具有较高的冲击危险性。在支护区内，主要是探测区域两侧，由于破坏程度较高具有较高的冲击危险性。

(2)由图11(b)可知，30 m煤柱区煤柱帮在支护区外，探测区域的中部和边缘位置，均具有较高的冲击危险性。在探测区域的两侧，由于能量集中程度相比差异不大，但由于一侧对应的支护区破坏程度较高，从而具有较高的冲击危险性。

(3)由图11(c)可知，18 m煤柱区回采帮在探测区域的中部由于距支护区较近，并且蕴藏较多弹性能，具有较高的冲击危险。而探测区域两侧冲击危险性较低。

(4)由图11(d)可知，18 m煤柱区煤柱帮由于应力集中程度较高探测孔易塌孔，探测深度仅为7 m。由探测结果可知，支护区外冲击危险性较高的区域与支护区内冲击危险性较高的区域的位置大致相同，表明局部支护强度较低是支护区外冲击危险性升高的原因之一。

(5)将图10中4个区域的探测结果横向对比发现，30 m煤柱区的煤柱帮相比于回采帮，其冲击危险区域的面积要更大，表明煤柱帮应力集中程度相对较高。而从危险指数的数值分析，18 m煤柱区煤柱帮的冲击危险性要大于其它探测区域。并且发现，18 m煤柱区支护外的冲击危险区域距离煤壁仅为6 m，说明18 m煤柱区由于应力集中程度较高塑性区范围有所增大，支护损伤程度较高。

总之，通过冲击危险指数云图可知，受更多因素影响的区域其冲击危险性有了升高，并且仅受单一因素影响的区域的冲击危险性也不会被其它因素中和。

4.3 与以往冲击危险性评估结果的对比与验证

图12为采用以往冲击危险性电磁波CT评估方法[16]，仅考虑能量集中程度的危险性评价结果。对比图12和图11(b)可知，探测区域中部在以往危险性评价时无冲击危险，但在基于冲击启动过程的危险性评估时出现了冲击危险，这是由于其距离支护区较近，且相邻支护区域损伤程度较高，其实际的冲击危险性相比于仅考虑能量聚集时的更高。

图12 2号区域(30 m煤柱区煤柱帮)以往冲击地压危险评价结果Fig.12 No.2 area (coal pillar of 30 m coal pillar area) past rock burst risk index detection results

采用钻屑法对评估结果进行验证。钻屑法是通过在煤层中钻进直径为42～50 mm的钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和动力现象，判别冲击危险性的方法。这里采用钻屑法对30 m煤柱区煤柱帮冲击危险性进行检测，如图13所示。

图13 30 m煤柱区煤柱帮钻屑量曲线Fig.13 Drilling amount curve in coal pillar wall of 30 m coal pillar area

由图13可知，距煤壁5～11 m煤粉量较大，具有较高的冲击危险性。以往的危险性评估方法仅识别了深度为8.5～10 m的危险区域，而基于冲击启动过程的冲击危险性评估方法将5～10 m的危险区域全部识别，从而验证了该方法的优势及有效性;进而说明了相比于以往的冲击危险性电磁波CT评价方法，综合考虑更多影响因素提升了冲击危险区域及危险等级的辨识度，更为明确的反映了冲击地压发生的危险程度。

5 讨论

(1)与冲击地压预测研究的关系。

不同于以往的冲击危险性评价中仅考虑能量的聚集程度和变化梯度，这里引入了屈服接近度的概念，考虑了能量释放的难易程度，使得评价结果中蕴含了冲击地压未来发生的可能性，与冲击地压预测研究联系更为紧密。在以后研究中，还需注意高冲击危险性区域之间的相互影响及联动机制的分析，以此对冲击地压发生强度及演化过程进行预判。

(2)与煤柱区冲击危险性评价的关系。

基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性评价方法兼顾了能量聚集程度和屈服接近程度、能量在传递中的衰减程度以及支护区损伤程度等4个方面。对于煤柱区，由于应力集中程度较高，相比于普通巷道近场围岩能量聚集的程度更高、屈服接近的程度更大以及支护体破坏程度更大，即煤柱区的冲击危险性更需要对能量聚集、屈服接近和支护损伤的同时考虑，而这是以往冲击地压危险性评价方法所无法实现的;相对而言，基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性评价方法，由于综合考虑了上述多因素的影响，能够更为准确的划分煤柱区冲击危险区域及危险等级，对于煤柱区冲击地压防治具有较好的应用价值。