刘少虹1,2，潘俊锋1,2，王洪涛3，齐庆新4，唐忠义3，冯美华1,2，娄金福1,2，张豫龙5
(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; 4.煤炭科学技术研究院有限公司 北京 100013; 5.中国煤炭科工集团有限公司 北京 100013)
摘 要:电磁波CT能够探测掘进工作面，但无法探测掘进工作面后方的大面积区域;地震波CT能够探测回采工作面内部，但是探测不了两侧的煤柱，即基于单一CT探测手段的冲击危险性评价方法，在矿井采掘巷道存在评价盲区。针对上述实际问题，建立了一种基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法;将2种现场实测手段电磁波CT和地震波CT2相结合，研究了基于2种CT探测的冲击危险性评价方法的数学表达;以时间和地点为状态变量，以现场动力显现情况及CT探测结果为驱动变量，确定了评价方法的内在逻辑关系及实施流程。通过分析基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价的力学基础，建立了冲击危险性评价模型;在2种CT探测的基础上，实现了采掘巷道冲击危险等级的确定及危险区域的划分;将该评价方法进行工程实践表明，通过将2种CT探测方式联合起来，实现了掘进工作面及其后方大面积区域，回采工作面及区段煤柱区的冲击危险性评价，验证了评价方法的有效性。该方法克服了基于单一CT探测手段的评价方法在探测尺度上的局限，几乎覆盖了矿井采掘巷道所有潜在冲击危险区域，为冲击地压治理提供了较为准确的依据，具有较好的应用效果。在时间上，该方法将CT探测与矿井的采掘接续相结合，初步确定探测顺序，并根据实际的动力显现情况和之前CT探测的结果加以调整。从空间来说，覆盖了掘进面、回采工作面和煤柱等矿井采掘巷道几乎所有潜在冲击危险区域，基本保证了无评价盲区。并且，该方法充分发挥了震动波与电磁波CT探测操作过程的便捷性，能够较好的适应井下现场动力显现的突发性。
关键词:地震波CT;电磁波CT;冲击危险性评价;采掘巷道;煤柱
中图分类号:TD324
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2018)11-2980-12
LIU Shaohong1,2，PAN Junfeng1,2，WANG Hongtao3，QI Qingxin4，TANG Zhongyi3，FENG Meihua1,2，LOU Jinfu1,2，ZHANG Yulong5
(1.Coal Mining and Designing Branch，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China; 2.Coal Mining and Designing Department，Tiandi Science and Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 3.Shaanxi Changwu Tingnan coal limited liability company，Xianyang 713600，China; 4.China Coal Research Institute Company Limited，Beijing 100013，China; 5.China Coal Technology & Engineering Group,Beijing 100013,China)
Abstract:The electromagnetic wave CT can detect the heading face,but cannot detect the large area behind the heading.The seismic wave CT can detect the coal body of mining face,but cannot detect the pillars on both sides.There is a blind evaluation area in the mining roadway for the impact risk assessment based on single CT detection method.To overcome the practical problems mentioned above,an evaluation method of mining roadway impact hazard based on the combined detection of seismic wave and electromagnetic wave CT was established.Combining the electromagnetic wave CT with the seismic wave CT,the mathematical expression of impact hazard evaluation method based on two kinds of CT detections was researched.Time and position were taken as state variables,the internal logic relationship and implementation process of the evaluation method were determined by taking the field dynamic performance and CT detection results as driving variables.Through the analysis of the mechanics foundation of impact risk assessment based on the seismic wave and the electromagnetic wave CT detection,the model of impact risk assessment was established.On the basis of two kinds of CT detections,the determination of the impact risk grade and the division of the dangerous area in the mining roadway were realized.The combination of survey methods had realized the determination of dangerous grade and the division of dangerous area in the heading face and large area behind it,mining face and coal pillar area.The validity of the evaluation method was verified.This method overcomes the limitation of evaluation method based on a single CT detection method in detection scale,and almost covers all potential dangerous impact areas in the mining roadway.It provides a more accurate basis for the treatment of rock burst and has a better application effect.In terms of time,the method combines the CT detection with mine excavation,determines the detection sequence preliminarily,and adjusts it according to the actual dynamic performance and the results of the last CT detection.In terms of space,it covers almost all the potential impact dangerous areas in the mining roadways such as heading face,mining face and coal pillars,and basically guarantees no evaluation blind areas.Moreover,the method makes full use of the convenience of the operation process of vibration wave and electromagnetic wave CT detection,and has a good adaptability to the sudden onset of field dynamic manifestation.
Key words:seismic wave CT;electromagnetic wave CT;evaluation method of rock burst risk;heading and mining roadway;coal pillar
移动阅读
刘少虹，潘俊锋，王洪涛，等.基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法[J].煤炭学报,2018,43(11):2980-2991.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.8002
LIU Shaohong，PAN Junfeng，WANG Hongtao，et al.Assessment of rock burst risk in roadway based on the combination of seismic and electromagnetic wave CT technology[J].Journal of China Coal Society,2018,43(11):2980-2991.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.8002
收稿日期:2018-08-07
修回日期:2018-11-03
责任编辑:郭晓炜
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2017YFC0804204)；国家自然科学基金资助项目(51574149)；天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2018-TD-MS022)
作者简介:刘少虹(1982—)，男，辽宁鞍山人，副研究员，博士。E-mail:liushaohong@yeah.net
根据我国煤矿冲击地压案例，掘进工作面冲击地压有时发生在掘进工作面，有时发生在掘进工作面后方100 m以外区域，例如新疆硫磺沟煤矿“1·30”冲击地压事故和义马千秋煤矿“11·3”冲击地压事故;当煤柱宽度留设不合理时，回采工作面邻空巷道的煤柱帮常常出现冲击地压显现，例如鹤岗峻德矿“3·15”冲击地压事故。因此，对采掘巷道的冲击危险性进行准确评价，进而指导冲击地压治理工作，具有重要的现实意义。
冲击危险性评价的传统方法包括综合指数法、动态权重法、冲击地压可能性指数诊断法等[1-3];近年来，基于现场监测及探测手段的冲击危险性评估方法被广泛应用[4-8];这些评价方法不同程度的指导了现场冲击地压防治工作。但是，由于煤岩地质条件的多变性、复杂性，基于CT探测的评价方法存在一定局限。具体来说，电磁波CT能够探测掘进工作面，但无法探测掘进工作面后方的大面积区域;地震波CT能够探测回采工作面内部，但是探测不了两侧的煤柱。换而言之，采用单一的CT探测手段进行危险性评价时，无法覆盖矿井所有采掘巷道的围岩，存在评价盲区。
为了解决上述问题，将电磁波CT与地震波CT探测手段联合起来，建立矿井采掘巷道冲击危险性评价方法。首先，研究基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价方法的数学表达，获得该方法的内在逻辑关系及流程;然后，通过分析基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价的力学基础，建立冲击危险性评价方法;将该方法在平庄矿区和彬长矿区进行工程实践，表明该方法几乎能够覆盖矿井采掘巷道的潜在冲击危险区域。
为了明确基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价方法的内在逻辑关系及流程，对该方法的数学表达进行研究。首先，对研究问题进行分析，问题中涉及的变量包括，探测时期:掘进卸压前T1、掘进卸压后T2、回采卸压前T3和回采卸压后T4;探测区域类型:掘进工作面区域X1，掘进工作面后方X2，煤柱区X3，回采工作面X4;探测方式:地震波CT探测Z1，电磁波CT探测Z2;现场实际动力显现情况:巷道围岩破坏性冲击显现为F1，强震动、瞬间围岩变形、煤体弹射等动力现象为F2，无冲击显现为F3。
问题分析中，需要进行一系列假设。假设1:煤矿具备2种探测设备各1套，且均可正常使用;假设2:矿上现有的条件可以开展2种CT探测工作;假设3:根据2种CT探测手段的特点，探测方法与时期、空间是一一对应的关系，具体见式(1)，表1。
Zm =Z(Ti,Xj)(m=1,2;i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)
(1)
表1 不同时期和地点的CT探测手段
Table 1 CT detection methods at different time and locations
问题的目标是根据矿井的实际采掘布局接续及现场动力显现情况，得到不同时期、不同地点、由不同探测方式得到的危险性Wn。探测流程为给定二维空间R2上的函数，其自变量为探测区域内的空间坐标xj，探测方式Zm，即
Wn{Fo→Fp,Wn-1}=W(xj,Zm)
(j=1,2,3,4;m=1,2;o,p=1,2,3;o≤p)
(2)
其中，n由CT探测中冲击危险等级的划分标准来确定。在上述问题中，现场动力显现情况F以及上个区域的CT探测结果属于驱动变量，其中现场动力显现比较强的区域优先探测，并且上个区域的CT探测出的危险区域也为下个区域的CT探测提供依据，由此建立基于地震波和电磁波CT联合探测的冲击危险性评价的数学表达式(2)。2种CT探测方式正是由于一种探测方式的结果能够对另一种产生影响而联合起来，具体表述详见第5节讨论部分。
在数学表达中，探测区域的空间坐标xj和探测方式Zm属于状态变量，探测方式Z由探测时期T和探测区域类型X确定，见式(1)，表1。需要注意的是，每一个矿井的动力显现情况不同，动力显现情况F1，F2，F3不一定全部具备，同时满足动力显现情况F1，F2，F3的时间和地点也可能不惟一，由于F仅是驱动变量不影响整个函数(2)的一一对应性。此外，2个驱动变量的优先级是F>Wn-1。最终的评价结果是根据CT探测结果对探测区域内每个空间坐标都赋予一个冲击危险性。
不失一般性，举例说明了基于CT探测的采掘巷道冲击危险性评价方法的结果。该方法的评价结果包括矿井采掘巷道的评价流程以及冲击危险性，如图1所示。流程图中体现了以下逻辑关系:首先，矿井各采掘区域的动压显现程度作为“驱动变量1”，确定了联合探测流程的先后顺序;其次，已完成的探测结果作为“驱动变量2”，能够对矿井未来的探测方式产生影响;最后，当上述两者确定后，再根据时间和地点确定探测方式，进而得到冲击危险等级及危险区域。
图1 基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价结果
Fig.1 Evaluation of impact hazard based on seismic wave and electromagnetic wave CT detection
根据已有研究成果[9]，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为
(3)
式中，Wε(t)为煤岩体破坏危险性指数，无量纲;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。
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，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，它的工作频率最高可达32 MHz。下式为电磁波CT法中的场强观测值公式[10-11]:
(4)
(5)
其中，E为接收点的场强值，
为初始辐射常数，无量纲;β为吸收系数，即介质中单位距离对电磁波的吸收值，dB/m;f(θ)为收发天线的方向因子函数;r为发射与接收点之间的距离，m;ω为天线圆频率，
为介电常数，F/m;μ为磁导率，H/m;Cσ为电导率，1/(Ω·m)，σ=1/z，z为电阻率，Ω·m。
由式(5)，电磁波CT探测中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]可知，煤的介电常数和电阻率与煤体承受应力相关，而煤体承受应力与冲击危险性关系密切，因此煤岩内电磁波CT探测与冲击危险性是相关的。
通过实验发现[12]，煤的电阻率z、介电常数ε与其承受应力σ间呈线性关系，如式(6)，由此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。
(6)
式中，a0,b0,c0,d0均为常数，与煤体自身的性质有关。
在应力传播路径上，根据动量守恒定律，沿传播方向，应力、振速和波速之间的相互关系为
(7)
式中，σm为P波作用产生的正应力，Pa;τ为S波作用产生的剪应力，Pa;ρ为传播介质的密度，kg/m3;vP和vS为P，S波导致的介质振速，m/s;VP和VS为P，S波波速，m/s。
综上分析，电磁波吸收系数和地震波波速与冲击危险性间呈近似线性关系，因此电磁波与震动波探测的评价指标均可参照式(3)进行归一化处理[9]，并需根据参量的物理意义加以调整。
根据地震波和电磁波CT的力学基础，分别建立基于2种CT探测手段的冲击危险性评价模型。
3.1.1 波速异常系数
(8)
式中，
为测区内围岩纵波波速平均值，
为测区内围岩极限纵波波速值(岩层临界破坏时)，m/ms。
从震波波速角度表征围岩冲击危险性，其值可正，亦可负。若AC为正，则表明该处围岩大概率处于应力集中状态，该值越大应力集中程度越高;若AC为负，应力集中程度则较低。
3.1.2 波速梯度系数
波速梯度系数GC从震波波速梯度角度表征围岩冲击危险性，其表达式为
(9)
式中，GP为测区内围岩某点的纵波波速梯度，
为测区内围岩极限纵波波速梯度，即围岩处于临界破坏状态，s-1。
速度场梯度GP为波速变化率最大方向上的梯度值。一般对离散数据周围8个节点求取一阶方向导数，取其最大值，可表示为
(10)
式中，d为网格边长，m;x，y分别为相邻网格的纵、横方向上的编号。
3.1.3 评价模型
综合考虑波速大小和波速梯度的影响，建立冲击地压危险性评价模型为
(11)
其中，C为地震波CT的冲击地压危险性指数;a1，b1为权重系数，均取0.5。VP可通过层析成像技术反演获取;GP则通过式(9)计算得出;
可通过地震波CT反演结果估算:对于无明显动力现象煤岩层，
取1.2 maxVP，1.2 maxGP，对于弱动力显现区域取1.1 maxVP，1.1 maxGP，对于强烈动力显现区域分别取maxVP，maxGP，式中maxVP为反演出的波速CT图像中最大波速值，maxGP为依据波速CT图像计算得出的最大波速梯度[8]。
3.2.1 吸收系数异常指数
考虑电磁波吸收系数对煤体冲击危险性的影响，构建吸收系数异常指数如下:
(12)
式中，β为吸收系数的实测值，dB/m;βmax为探测区域围岩对电磁波吸收系数的最大值，dB/m;β0为探测区域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[8]。
吸收系数异常变化与煤岩体裂隙发育程度之间的关系为:正值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，此时对于支护内围岩该值越大说明支护质量越差，而对于支护外围岩则为应力释放越充分;负值指数表征电磁波衰减异常与围岩完整程度的关系，数值越小则完整性越好,支护内围岩该值越小说明支护质量越好，而支护外围岩该值越小则应力越集中。
3.2.2 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的计算式如下:
(13)
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电磁波吸收系数变化率的最大值。一般对离散数据周围8个节点求取一阶方向导数，最后取其最大值，中心网格的吸收系数梯度可表示为
(14)
式中，d为网格边长，m;x，y分别为相邻每一个网格的纵、横方向编号。
3.2.3 评价模型
综上，近场围岩的冲击危险指数记作:
(15)
式中，Ds为近场围岩的冲击危险指数;h为探测深度，m;hs为支护结构的范围，m;本模型中k，l均取0.5[9,12-13]。
根据统计学、模糊数学、实验室试验和现场实测等，模型中将冲击危险定量化分为4个等级，包括无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险和强冲击危险，见表2[8,14-15]。危险性指数最大值为1，由于波速和吸收系数异常指数存在负值，相应的危险性指数同样存在负值[13]。
表2 冲击危险等级划分
Table 2 Classification of danger grade
4.1.1 掘进工作面概况及探测方案
探测地点为内蒙古某矿西068掘进工作面，埋深平均541 m，煤层平均厚度17.2 m，倾角约30°，煤层顶板为抗压强度147 MPa的岩浆岩，底板岩性为砂岩;西068工作面长度99 m，阶段煤柱净宽8 m，巷道宽为4.5 m。2015-08-05T17:27时，西068运输巷掘进31 m时，本巷及其与石门交叉区域出现强烈冲击显现，微震监测震级为2.4级[20]。针对上述情况，对掘进工作面开展电磁波CT探测，对掘进工作面后方大面积区域开展地震波CT探测。由于掘进工作面附近区域动力显现较为明显，这里首先对其开展电磁波CT探测，然后是掘进工作面后方的地震波CT探测。
首先，电磁波CT探测孔均为仰角10°，孔径76 mm;1号测区为掘进工作面超前区域，2号和3号测区分别为掘进工作面后方煤壁0～20 m和20～36 m。根据实验室实验及现场实测结果表明，煤岩变形破裂向外辐射的电磁波频谱范围一般在1 kHz～1 MHz，与被本文CT探测的电磁波信号不在一个频段，2种电磁波间不会相互干扰[16-19]。电磁波探测区域及参数详见图3和表3。
图2 掘进面电磁波CT探测区域及测区布置
Fig.2 Electromagnetic wave CT detection area and measuring area layout between two holes in heading face
表3 掘进工作面电磁波CT探测参数
Table 3 Parameters of electromagnetic wave CT detection between two holes in heading face
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。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。探测中均采用“右发左接”的方式。
采用地震波CT对掘进工作面后方50～338 m区域进行探测。综合考虑西068掘进工作面动力显现区域分布情况及周围开采环境，根据设备探测能力，设计2轮探测，两轮探测接收探头均布置运输巷，共实施爆破震源54个。运输巷探测范围265 m，回风巷探测范围275 m，探测面积23 490 m2。探测系统布置如图3所示。
图3 西068掘进工作面后方区域地震波CT探测系统布置
Fig.3 Layout map of seismic wave CT detection system in west 068 heading face
4.1.2 掘进工作面的电磁波CT危险性评价
图4～6为西068运输巷掘进工作面冲击危险性指数分布云图及等值线图[13]。依据表2的分类标准，划定冲击危险区域。以下具体分析:
图4 掘进工作面超前区域冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.4 Distribution diagram of impact hazard index Ds in advance area of heading face
图5 掘进工作面后方0～20 m帮部冲击地压危险性指数Ds值分布
Fig.5 Distribution diagram of impact hazard index Ds in the 0～20 m section of heading face back
图6 掘进工作面后方20～36 m帮部冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.6 Distribution diagram of impact hazard index Dsin the 20～36 m section of heading face back
(1)由图4可知，掘进工作面超前12 m范围内，局部区域具有弱冲击危险，其中10 m范围内危险区域面积相对较大，10 m范围外危险区域面积逐渐减小，说明10 m范围内煤体较为完整，在掘进面超前支承压力的影响下，形成了应力集中区。
(2)由图5和图6可知，在支护范围内，掘进面帮部在后方0～4 m，具有小面积的中等冲击危险区域，说明该区域在掘进扰动下煤体破碎性较高，裂隙发育，支护损伤程度较高。而帮部在掘进工作面后方4～30 m，支护内围岩仅有小面积的弱冲击危险区，表明该范围支护内围岩具有较高的完整性，裂隙发育程度较低，现有支护方式对帮部围岩的控制较好，围岩具有较强的抗冲击能力。
支护外围岩，在掘进工作面后方0～30 m帮部，深度大于8 m具有弱冲击危险，说明该范围帮部支护外煤体完整性较高，卸压不充分，在巷道开挖引起的侧向支承压力影响下，产生了应力集中区，储存了较多弹性能。
4.1.3 掘进工作面后方区域的地震波CT危险性评价
通过掘进工作面附近区域的电磁波CT探测确定了危险区域及危险等级，在对冲击危险区域开展卸压措施后，对后方区域进行地震波CT探测。图7为西068工作面已掘部分探测区域冲击危险性指数C分布图，图中以蓝色到红色从小到大来代表探测区域内冲击危险性指数，由图中可见测区内的煤岩体总体上处于弱冲击危险等级，这些区域多位于探测区域的中部;部分区域处于中等冲击危险等级，这些区域多与工作面运输巷和回风巷相邻。
图7 西068掘进工作面后方区域冲击危险性指数C分布
Fig.7 Distribution diagram of impact hazard index C for rear area of west 068 heading face
图8 西068工作面巷道冲击危险区范围
Fig.8 Scale of the impact danger zone in upper and lower roadway of west 068 working face
采掘空间冲击危险性的判定是冲击地压危险性评价的重点。根据实测煤岩层冲击危险区域分布范围及至巷帮的距离，划定了西068工作面掘进巷道冲击危险区域，如图8所示，冲击危险等级:ⅲ-1，ⅲ-2为中等，ⅲ-1，ⅲ-2，ⅲ-3，ⅲ-4，ⅲ-5和ⅲ-6为弱。对比震波CT探测结果发现，在采取措施后，危险性变弱，具有较好的卸压效果，保障了巷道的安全掘进。
4.2.1 回采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，采掘平面图如图9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。针对上述情况，对煤柱区开展电磁波CT探测，对工作面内开展地震波CT探测，由于区段煤柱侧动力显现较为明显，这里首先对其开展电磁波CT探测，然后是工作面的地震波CT探测。
图9 207工作面采掘工程平面图
Fig.9 Map of mine working of 207 workingface
首先，对煤柱区开展电磁波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10和表4所示。
然后，对工作面开展地震波CT探测。根据矿井实际情况及设备探测能力将207工作面分6个区域。共设计激发震源444个，获得震波数据8 957道，探测走向范围约为2 545 m，探测面积约509 295 m2。现场探测时，放炮端布置在运输巷和开切眼区域，接收端布置在回风巷。
图10 煤柱区孔间电磁波CT探测区域及测区布置
Fig.10 Electromagnetic wave CT detection area and layout in coal pillar area
表4 孔间电磁波CT探测参数
Table 4 Parameters of electromagnetic wave CT detection between two holes in heading face
4.2.2 回采面的地震波CT危险性评价
图15为207工作面1～3号探测区域、4～6号探测区域冲击危险性指数C分布图，由图中可见测区内的煤岩体总体上处于中等冲击危险等级。
根据实测煤岩层冲击危险区域(图15)分布范围，划定了207工作面探测区域回采巷道冲击危险区域，如图16所示。巷道冲击危险等级:ⅳ-1，ⅳ-2，ⅳ-3，ⅳ-4，ⅳ-5，ⅳ-6为强;ⅲ-1，ⅲ-2，ⅲ-3，ⅲ-4，ⅲ-5，ⅲ-6，ⅲ-7，ⅲ-8，ⅲ-9，ⅲ-10为中等;ⅱ-1，ⅱ-2，ⅱ-3，ⅱ-4，ⅱ-5，ⅱ-6，ⅱ-7，ⅱ-8，ⅱ-9，ⅱ-10，ⅱ-11，ⅱ-12，ⅱ-13，ⅱ-14，ⅱ-15为弱。
4.2.3 区段煤柱的电磁波CT危险性评价
由地震波CT的探测结果，区段煤柱内布置巷道的区域以及巷道交叉口附近区域冲击危险性较高。图11～16为207回风巷一侧区段煤柱的冲击危险性指数Ds分布云图及等值线图。依据冲击危险等级分类标准，将各冲击危险区域划定。以下对几个探测范围具体分析:
图11 1号区域(回风巷回采帮)冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.11 Distribution diagram of impact hazard index Ds in No.1 area
图12 2号区域(回风巷30 m煤柱帮)冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.12 Distribution diagram of impact hazard index Ds in No.2 area
图13 3号区域(回风巷回采帮)冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.13 Distribution diagram of impact hazard index Ds in No.3 area
图14 4号区域(回风巷18 m煤柱帮)冲击地压危险性指数Ds分布
Fig.14 Distribution diagram of impact hazard index Ds in No.4 area
由图11可知，回风巷30 m煤柱区的回采帮支护区内仅具有较小的冲击危险区，而支护区外冲击危险区域至煤壁的距离大于9 m，说明回采帮支护结构完整性较好，抗冲击能力较强，支护区外没有弹性能聚集，整体上冲击危险性较低;由图12可知，煤柱帮在支护区内和支护区外均分布冲击危险区域，说明煤柱帮支护结构的完整性较低，抗冲击能力较低，而支护区外煤体较为完整，聚集较多的弹性能。
由图13可知，回风巷18 m煤柱区回采帮的冲击危险区域多分布于支护区外，支护区内仅具有小面积的弱冲击危险区，说明回采帮冲击危险性较低，但与30 m煤柱区的回采帮相比冲击危险性有所升高;由图14可知，18 m煤柱帮在支护内和支护区外具有大面积的弱及中等冲击危险区域，说明相对于其他探测区域，该区域支护结构完整性更差，支护区外集聚的弹性能更高，且支护区外的冲击危险区域至煤壁的距离仅有4.5 m，由于距离较小，该危险区能量释放导致冲击地压的概率大幅升高。综上，18 m区段煤柱不仅能够导致煤柱帮冲击危险性的大幅升高，还能导致回采帮冲击危险性的升高，煤柱帮冲击危险性的增幅更大。
通过实践发现，地震波及电磁波CT联合探测的评价方法能够实现掘进工作面及其后方大面积区域，回采面及一侧区段煤柱区的危险程度确定及危险区域划分。根据评价结果采取治理措施后，西068掘进工作面和207回采工作面危险区域附近发生了强矿震，虽然现场震感较为强烈，但巷道支护几乎没发生任何破损，验证了本文提出的评价方法的有效性。
图15 207工作面冲击危险性指数C分布
Fig.15 Distribution diagram of impact hazard index C for 207 working face detection area
图16 207工作面回采巷道冲击危险区范围
Fig.16 Scale of the impact danger zone in upper and lower roadway of 207 working face
(1)2种CT探测方式间的联合关系。2种CT探测方式间联合关系是根据2种方法基于同一力学基础以及危险性划分标准，2种方法的探测结果可以相互比较，并且一种方式的探测结果能够对另一种探测方式存在影响。具体来说，对于掘进工作面，通过对掘进工作面后方区域的地震波CT探测，确定导致冲击危险的主要因素，在未来掘进至类似条件的位置及时开展电磁波CT探测。此外，在对掘进工作面电磁波CT探测出的危险区域采取卸压措施后，在后方进行地震波CT探测时也要覆盖该区域，通过2次CT探测的冲击危险性对比，检验卸压效果。对于回采工作面，通过对比回采帮和煤柱帮的危险性，确定冲击危险源的源头，为未来回采面CT探测区域的确定提供依据。此外，可以根据工作面内地震波CT探测结果对煤柱帮电磁波CT探测的位置加以确定。通过2种CT探测方式间的联合关系，提升了探测效率以及对探测结果的分析效果。
(2)与时间和空间的关系。对于掘进工作面、回采工作面、煤柱等区域，现在尚没有一套完整的基于CT探测的冲击危险性评价体系。基于电磁波和地震波CT的冲击危险性评价方法是通过逻辑关系，在时间和空间上将2种CT探测方式统一起来，是一个从无序到有序的过程。在时间上，将CT探测与矿井的采掘接续相结合，初步确定探测顺序，并根据实际的动力显现情况和之前CT探测的结果加以调整。从空间来说，覆盖了掘进工作面、回采工作面和煤柱等矿井采掘巷道几乎所有潜在冲击危险区域，基本保证了无评价盲区。
(3)与现场实际动力显现情况的关系。如果矿井各区域动力显现情况几乎一致，那么就按照采掘接续顺序，逐步开展评价。否则，动力显现较强的区域优先评价，优先采取治理措施。实际上，现场实际动力显现情况可以看作初评，而将CT联合探测看作细评，以初评的结果作为细评流程的确定依据。随着矿井开采范围的不断扩大，应力的分布特征也在随之变化，因此现场实际动力显现是具有随机性的。而基于震动波与电磁波CT探测的危险性评价方法，由于操作过程比较便捷，可以较好的适应动力显现的突发性。
(1)将2种现场实测手段电磁波CT和地震波CT2相结合，研究了基于2种CT探测的冲击危险性评价方法的数学表达;以时间和地点为状态变量，以现场动力显现情况及CT探测结果为驱动变量，确定了评价方法的内在逻辑关系及实施流程。
(2)通过分析基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价的力学基础，建立了冲击危险性评价模型;在CT探测基础上，实现了采掘巷道冲击危险等级的确定及危险区域的划分，克服了基于单一CT探测手段的评价方法在采掘巷道存在评价盲区的问题，对于矿井冲击地压防治具有现实意义。
(3)将该评价方法进行工程实践，表明通过将2种CT探测方式联合起来，实现了掘进工作面及其后方大面积区域，回采工作面及区段煤柱区的危险等级确定及危险区域划分，验证了评价方法的有效性。
参考文献:
[1] 齐庆新，窦林名.冲击地压理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社，2008:1-8.
[2] 姜福兴，王存文，叶根喜，等.采煤工作面冲击地压发生的可能性评价方法研究[A].2008 全国冲击地压研讨会论文集[C].徐州:中国矿业大学出版社，2008:91-96.
JIANG Fuxing，WANG Cunwen，YE Genxi，et al.Study on possibility evaluation method of coal outburst in longwall face[A].Proceedings of National Symposium of the 2008 Rock Burst Seminar[C].Xuzhou:China University of Mining and Technology Press，2008:91-96.
[3] 秦子晗，彭永伟.基于动态权重的区域冲击危险性评价方法研究[J].煤炭科学技术，2011，39(10):18-21.
QIN Zihan，PENG Yongwei.Study on evaluation method of mine regional pressure bumping danger based on dynamic weight[J].Coal Science and Technology，2011，39(10):18-21.
[4] 姜福兴，冯宇，刘晔.采场回采前冲击危险性动态评估方法研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33(10):2101-2106.
JIANG Fuxing，FENG Yu，LIU Ye.Dynamic evaluation method for rockburst risk before stopping[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2014，33(10):2101-2106.
[5] 窦林名，蔡武，巩思园，等.冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究[J].煤炭学报，2014，39(2):238-244.
DOU Linming，CAI Wu，GONG Siyuan，et al.Dynamic risk assessment of rock burst based on the technology of seismic computed tomography detection[J].Journal of China Coal Society，2014，39(2):238-244.
[6] 潘俊锋，秦子晗，王书文，等.冲击危险性分源权重综合评价方法[J].煤炭学报，2015，40(10):2327-2335.
PAN Junfeng，QIN Zihan，WANG Shuwen，et al.Preliminary study on early warning method based on weight comprehensive and different-load sources of coal bump[J].Journal of China Coal Society，2015，40(10):2327-2335.
[7] 夏永学，蓝航，魏向志.基于微震和地音监测的冲击危险性综合评价技术研究[J].煤炭学报，2011，36(S2):354-359.
XIA Yongxue,LAN Hang,WEI Xiangzhi.Study of comprehensive evaluation technology for coal bump hazard based on microseismic and underground sound monitoring[J].Journal of China Coal Society，2011，36(S2):354-359.
[8] 王书文，毛德兵，杜涛涛，等.基于地震CT技术的冲击地压危险性评价模型[J].煤炭学报，2012，37(S1):1-6.
WANG Shuwen,MAO Debing,DU Taotao,et al.ltockburst hazard evaluation model based on seismic CT technology[J].Journal of China Coal Society，2012，37(S1):1-6.
[9] 窦林名,姜耀东,曹安业,等.煤矿冲击矿压动静载的“应力场-震动波场”监测预警技术[J].岩石力学与工程学报,2017,36(4):803-811.
DOU Linming，JIANG Yaodong，CAO Anye，et al.Monitoring and pre-warning of rockburst hazard with technology of stress field and wave field in underground coalmines[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2017,36(4):803-811.
[10] 黎华清，卢呈杰，甘伏平，等.喀斯特岩体结构损伤的CT识别及地面塌陷与隧道突水诊断预报预警——以京珠粤北高速公路洋碰隧道为例[J].岩石力学与工程学报，2014，33(4):763-771.
LI Huaqing，LU Chengjie，GAN Fuping，et al.CT identification of karst rock structure damage and diagnosis，forecasting and early warning of ground collapse and water inrush in tunnel—A case study of yangpeng tunnel of beijing-zhuhai expressway in northern guangdong[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2014，33(4):763-771.
[11] 李丹，韩德品，石亚丁，等.采煤工作面顺煤层透视的电法探测方法[J].煤炭学报，2010，35(8):1336-1340.
LI Dan，HAN Depin，SHI Yading，et al.A DC electrical penetration method for prospecting the coalface alone the same coal layer[J].Journal of China Coal Society，2010，35(8):1336-1340.
[12] 康建宁.电磁波探测煤层突出危险性指标敏感性研究[D].北京:煤炭科学研究总院,2003.
KANG Jianning.Sudy on the index’s sensitivity of radio wave penetrating the outburst dangerous zone of zhe coal seam[D].Beijing:China Coal Research Institute,2003.
[13] 刘少虹，潘俊锋，秦子晗，等.基于电磁波CT探测的掘进工作面冲击危险性评价技术研究[J].岩石力学与工程学报,2017,36(S2):4093-4101.
LIU Shaohong，PAN Junfeng，QIN Zihan，et al.Research on the risk assessment of rock burst of heading face based on electromagnetic wave CT detection[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2017,36(S2):4093-4101.
[14] 窦林名，何学秋.煤矿冲击矿压的分级预测研究[J].中国矿业大学学报，2007，36(6):717-722.
DOU Linming，HE Xueqiu.Technique of classification forecasting rock burst in coal mines[J].Journal of China University of Mining & Technology，2007，36(6):717-722.
[15] 陈国祥，窦林名，曹安业，等.电磁辐射法评定冲击矿压危险等级及应用[J].煤炭学报，2008，33(8):866-870.
CHEN Guoxiang，DOU Linming，CAO Anye，et al.Assessment of rock burst danger and application on electromagnetic emission method[J].Journal of China Coal Society，2008，33(8):866-870.
[16] 王恩元，何学秋.煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究[J].地球物理学报，2000，43(1):131-137.
WANG Enyuan，HE Xueqiu.An experimental study of the electromagnetic emission during the deformation and fracture of coal or rock[J].Chinese Jounal of Geophysics，2000，43(1):131-137.
[17] 刘晓斐，王恩元，何学秋，等.回采工作面应力分布的电磁辐射规律[J].煤炭学报，2007，32(10):1019-1023.
LIU Xiaofei，WANG Enyuan，HE Xueqiu，et al.Electromagnetic radiation laws of the stress distribution in working face[J].Journal of China Coal Society,2007，32(10):1019-1023.
[18] 窦林名，曹其伟，何学秋，等.冲击矿压危险的电磁辐射监测技术[J].采矿与安全工程学报，2002，19(4):89-91.
DOU Linming,CAO Qiwei，HE Xueqiu，et al.EME monitoring technique of rock burst[J].Journal of Mining & Safety Engineering，2002，19(4):89-91.
[19] 肖红飞，何学秋.煤岩冲击矿压过程电磁辐射传播规律的研究[J].华北科技学院学报，2005，2(2):1-4.
XIAO Hongfei，HE Xueqiu.Study on the propagation rule of electromagnetic emission in the course of coal or rock outburst[J].Journal of North China Institute of Science and Technology，2005，2(2):1-4.
[20] 刘少虹,潘俊锋,王书文,等.岩浆岩侵入区巨厚煤层掘进巷道冲击地压机制研究[J].岩石力学与工程学报,2017,36(11):2699-2711.
LIU Shaohong，PAN Junfeng，WANG Shuwen，et al.Study on the rock burst mechanism of heading roadway in thick coal seam in magmatic intrusion area[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2017,36(11):2699-2711.