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1、微震监测技术应用研究 摘要：震动现象是因为矿山开采使岩层产生应力应变过程的动力现象，采矿微震关键是统计矿山震动，并分析和利用这些信息，对矿山动力危险进行预计和预报。关键词：冲击矿压；微震监测；冲击危险性预计；矿山动力危险“SOS”是Seismological Observation System的简称，该系统是从波兰引进的，关键用于矿山震动监测。冲击矿压现象是严重威胁煤矿安全生产的灾难之一，它是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量忽然释放，在井巷发生的爆炸性事故。动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体震动和破坏，支架和设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等情况。冲击矿压常见的情况有
2、“岩爆”、“煤爆”、“矿山冲击”、“冲击矿压”等。一、砚北煤矿现实状况概述砚北煤矿隶属于甘肃华亭煤电股份有限企业，年产600万吨。现在正在开采二水平2502采区250205上工作面，该工作面为2502采区首采第一分层，所采煤层为煤5层，开采深度450462米。工作面南部为背斜轴部，北部在向斜西翼，倾角1316度。煤层底板沿走向次级褶曲发育，底板起伏不平。工作面在向斜轴部周围，水平应力达成垂直应力的1.7倍左右。厚度近40米的煤层，含有强冲击倾向性。老顶为坚硬的粉砂岩，厚度18米，工作面内无断层、岩浆浸入体等其它结构。另外，地表是山区，山谷落差达100多米。250205上工作面自2021年3月1
3、0日开始回采以来至今，累计发生强矿压显现多达30次，对矿井安全生产造成了严重的威胁。因为砚北煤矿强矿压灾难严重，强矿压灾难和褶曲结构、煤层的厚度及力学特征、顶板岩层、地表形态等亲密相关，而中国对于强矿压的研究起步较晚，没有完全成熟的强矿压防治理论和控制经验提供参考。为此，砚北煤矿在矿业大学的配合下，对强矿压的预计和控制进行了长久的理论研究和实践探索，对工作面进行了强矿压的监测和防治，实现了安全生产，取得了很好的效果。二、监测原理一台DLMSO信号采集站由16个“OS”微震信号采集器组成，每个采集器和一个DLM2021型检波测量探头相连，也就是说1套采集站能够控制16个DLM2021型检波测量探
4、头。砚北煤矿使用了1套采集站，其中井下安装15个探头，地面安装1个探头，覆盖了矿井的各个采区，每个探头和采集站之间的最大距离为10km。为了接收到显著的震动信号，测站尽可能靠近待测区域，避免较大断层及破碎带的影响，而且能和其它探头组成环形包围（包含主站在内的最少3个探头），尽可能在关键区域多部署探头，按监测环境和要求选择探头监测方向，这么定位结果的正确性将会大大提升，为深入分析预报奠定坚实基础。因为砚北井田面积较大，因此在工作面回采过程中，要依据需要移动探头。微震监测系统的关键功效是对全矿范围进行微震监测，是一个区域性监测方法。自动统计微震活动，对实时统计的震动信号进行震源定位和微震能量计算，
5、能为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。三、监测方法震动是由地下开采引发的，是煤岩体断裂破坏的结果。和大地地震相比，震动震中浅，强度小，震动频率高，影响范围小，故称之为微震。微震法就是统计采矿震动的能量，确定和分析震动的方向，详细来说，就是统计震动的地震图，确定已发生的震动参数，比如震动发生的时间，震中的位置，释放能量的大小等。其原理是利用拾震仪站接收的直达P波起始点的时间差，在特定的波速场条件下进行二维或三维定位，以判定破坏点，同时利用震相连续时间计算所释放的能量和震级，并标入采掘工程图，圈定出震动频繁的区域，方便立即采取方法。“SOS”微震监测仪用于矿山震动监测，能够对矿井工作面前方及其
6、周围微震事件经过连接的DLM2021型检波测量探头，把接收到的震动信号以电流的形式传输到地面的DLMSO信号采集站，进而对统计的震动信号进行定位和能量计算，能够较正确地确定10100焦的低能量震动的位置，从而为矿山震动危险性的分析预计提供可靠资料。四、“SOS”微震监测系统的优点微震监测系统监测范围可大可小，且含有较高的定位精度，已成为矿山开采诱发动力灾难监测的关键技术手段。利用微震监测系统，在发生微震活动的矿区内布设微震探头（传感器），探测微破裂所发出的地震波，确定发生地震波的位置，还能够给出地震活动性的强弱和频率，经过微震监测取得的微破裂分布位置，判定潜在的矿山动力灾难活动规律，经过识别矿
7、山动力灾难活动规律实现预警。五、应用结果“SOS”微震监测系统自2021年6月25日在砚北煤矿运行以来，在250205上工作面，共发生103焦以上的震动1763次，其中有1次强冲击发生在2021年7月1日10：26分，震动能量达1.9107焦，来压位置在工作面周围辅运顺槽侧，对巷道和设备造成严重破坏，有7次弱冲击，震动能量在5.3106焦左右，这些冲击将早晨恶搞巷道同程度的底鼓或顶下沉。下面以1次经典的来压为例分析来压规律：图1是2021年7月1日的来压前震动改变趋势，日震动总能量和震动次数之间的改变在正常情况下很吻合，而且直线改变斜率基础相同，6月28日到6月30日震动总能量改变趋势较大，结
8、合图2，6月29日到6月30日，产量和推进度出现改变趋势相反的情况，7月1日早班10：26分来压，来压位置在250205辅运顺槽侧工作面前方20米，震动能量1.9107焦，致巷道严重底鼓和顶下沉，部分设备压坏，未造成人员受伤。六、总结经过对砚北矿区各采区的数次来压分析总结，用“SOS”微震监测系统预计、预报冲击矿压，能够得出以下结论：第一，震动和煤岩体的变形破坏存在一定的耦合关系，经过对采掘工作面的震动进行自动连续监测，利用煤岩体的动态改变特征，为冲击危险性提供可靠信息。第二，正常情况下，天天震动总能量和震动次数、产量和推进度的改变斜率或改变趋势是一致的，偶然有一天出现异步改变，但只是短暂的。
9、假如震动参数的改变出现连续一天以上的异步趋势（通常3天左右），再结合其它两种改变曲线，假如有一个曲线出现不一样步的现象时，近日就有冲击危险发生。第三，微震法联合电磁辐射法、钻屑法及采煤工作面支架阻力法，成功预报出了数次冲击危险，效果很好。第四，煤层地质结构和煤柱区，对冲击矿压有直接影响，在此区域震动次数显著增多，来压频繁，来压造成的破坏性也大。第五，来压位置以工作面辅运顺槽前后30米为主，回风顺槽极少来压。参考文件：1、窦林名,何学秋.采矿地球物理学M.科学文化出版社,2021.2、窦林名,何学秋.冲击矿压防治理论和技术M.矿业大学出版社,2021.3、毛仲玉,张修峰.深部开采冲击地压治理的研究J.煤矿开采,1996(3).4、齐庆新.回采巷道的周围条件和受力状态分析J.矿山压力和顶板管理,1994(1).5、谢明荣,林东才.矿压测控技术M.矿业大学出版社,1997.
