微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

1、微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究    微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究 摘要：震動(dòng)現(xiàn)象是由于礦山開(kāi)采使巖層產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程的動(dòng)力現(xiàn)象，采礦微震主要是記錄礦山震動(dòng)，并分析和利用這些信息，對(duì)礦山動(dòng)力危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。 關(guān)鍵詞：沖擊礦壓；微震監(jiān)測(cè)；沖擊危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；礦山動(dòng)力危險(xiǎn) “SOS”是Seismological Observation System的簡(jiǎn)稱，該系統(tǒng)是從波蘭引進(jìn)的，主要用于礦山震動(dòng)監(jiān)測(cè)。沖擊礦壓現(xiàn)象是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的災(zāi)害之一，它是聚積在礦井巷道和采場(chǎng)周圍煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生的爆炸性事故。動(dòng)力將煤巖拋向巷道，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈聲響，造成煤巖體震動(dòng)和破壞

2、，支架與設(shè)備損壞，人員傷亡，部分巷道垮落破壞等情況。沖擊礦壓常見(jiàn)的情況有“巖爆”、“煤爆”、“礦山?jīng)_擊”、“沖擊礦壓”等。 一、硯北煤礦現(xiàn)狀概述 硯北煤礦隸屬于甘肅華亭煤電股份有限公司，年產(chǎn)600萬(wàn)噸。目前正在開(kāi)采二水平2502采區(qū)250205上工作面，該工作面為2502采區(qū)首采第一分層，所采煤層為煤5層，開(kāi)采深度450-462米。工作面南部為背斜軸部，北部位于向斜西翼，傾角13-16度。煤層底板沿走向次級(jí)褶曲發(fā)育，底板起伏不平。工作面在向斜軸部附近，水平應(yīng)力達(dá)到垂直應(yīng)力的1.7倍左右。厚度近40米的煤層，具有強(qiáng)沖擊傾向性。老頂為堅(jiān)硬的粉砂巖，厚度18米，工作面內(nèi)無(wú)斷層、巖漿浸入體等其他構(gòu)造。

3、另外，地表是山區(qū)，山谷落差達(dá)100多米。250205上工作面自2006年3月10日開(kāi)始回采以來(lái)至今，累計(jì)發(fā)生強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)多達(dá)30次，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅。 由于硯北煤礦強(qiáng)礦壓災(zāi)害嚴(yán)重，強(qiáng)礦壓災(zāi)害與褶曲構(gòu)造、煤層的厚度及力學(xué)特性、頂板巖層、地表形態(tài)等密切相關(guān)，而我國(guó)對(duì)于強(qiáng)礦壓的研究起步較晚，沒(méi)有完全成熟的強(qiáng)礦壓防治理論和控制經(jīng)驗(yàn)提供參考。為此，硯北煤礦在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的配合下，對(duì)強(qiáng)礦壓的預(yù)測(cè)與控制進(jìn)行了長(zhǎng)期的理論研究和實(shí)踐探索，對(duì)工作面進(jìn)行了強(qiáng)礦壓的監(jiān)測(cè)與防治，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，取得了較好的效果。 二、監(jiān)測(cè)原理 一臺(tái)DLM-SO信號(hào)采集站由16個(gè)“OS”微震信號(hào)采集器組成，每個(gè)采集器與一個(gè)D

4、LM2001型檢波測(cè)量探頭相連，也就是說(shuō)1套采集站能夠控制16個(gè)DLM2001型檢波測(cè)量探頭。硯北煤礦使用了1套采集站，其中井下安裝15個(gè)探頭，地面安裝1個(gè)探頭，覆蓋了礦井的各個(gè)采區(qū)，每個(gè)探頭與采集站之間的最大距離為10km。為了接收到明顯的震動(dòng)信號(hào)，測(cè)站盡可能接近待測(cè)區(qū)域，避免較大斷層及破碎帶的影響，并且能和其他探頭構(gòu)成環(huán)形包圍（包括主站在內(nèi)的至少3個(gè)探頭），盡量在重點(diǎn)區(qū)域多布置探頭，按監(jiān)測(cè)環(huán)境與要求選擇探頭監(jiān)測(cè)方向，這樣定位結(jié)果的準(zhǔn)確性將會(huì)大大提高，為進(jìn)一步分析預(yù)報(bào)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 由于硯北井田面積較大，所以在工作面回采過(guò)程中，要根據(jù)需要移動(dòng)探頭。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是對(duì)全礦范圍進(jìn)行微震監(jiān)

5、測(cè)，是一種區(qū)域性監(jiān)測(cè)方法。自動(dòng)記錄微震活動(dòng)，對(duì)實(shí)時(shí)記錄的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行震源定位和微震能量計(jì)算，能為評(píng)價(jià)全礦范圍內(nèi)的沖擊礦壓危險(xiǎn)提供依據(jù)。 三、監(jiān)測(cè)方式 震動(dòng)是由地下開(kāi)采引起的，是煤巖體斷裂破壞的結(jié)果。與大地地震相比，震動(dòng)震中淺，強(qiáng)度小，震動(dòng)頻率高，影響范圍小，故稱之為微震。微震法就是記錄采礦震動(dòng)的能量，確定和分析震動(dòng)的方向，具體來(lái)說(shuō)，就是記錄震動(dòng)的地震圖，確定已發(fā)生的震動(dòng)參數(shù)，例如震動(dòng)發(fā)生的時(shí)間，震中的位置，釋放能量的大小等。其原理是利用拾震儀站接收的直達(dá)P波起始點(diǎn)的時(shí)間差，在特定的波速場(chǎng)條件下進(jìn)行二維或三維定位，以判定破壞點(diǎn)，同時(shí)利用震相持續(xù)時(shí)間計(jì)算所釋放的能量和震級(jí)，并標(biāo)入采掘工程圖，圈定出

6、震動(dòng)頻繁的區(qū)域，以便及時(shí)采取措施。 “SOS”微震監(jiān)測(cè)儀用于礦山震動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以對(duì)礦井工作面前方及其周圍微震事件通過(guò)連接的DLM2001型檢波測(cè)量探頭，把接收到的震動(dòng)信號(hào)以電流的形式傳輸?shù)降孛娴腄LM-SO信號(hào)采集站，進(jìn)而對(duì)記錄的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行定位和能量計(jì)算，可以較準(zhǔn)確地確定10-100焦的低能量震動(dòng)的位置，從而為礦山震動(dòng)危險(xiǎn)性的分析預(yù)測(cè)提供可靠資料。 四、“SOS”微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍可大可小，且具有較高的定位精度，已成為礦山開(kāi)采誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在發(fā)生微震活動(dòng)的礦區(qū)內(nèi)布設(shè)微震探頭（傳感器），探測(cè)微破裂所發(fā)出的地震波，確定發(fā)生地震波的位置，還可

7、以給出地震活動(dòng)性的強(qiáng)弱和頻率，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)獲得的微破裂分布位置，判斷潛在的礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律，通過(guò)識(shí)別礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)預(yù)警。 五、應(yīng)用結(jié)果 “SOS”微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自2007年6月25日在硯北煤礦運(yùn)行以來(lái)，在250205上工作面，共發(fā)生103焦以上的震動(dòng)1763次，其中有1次強(qiáng)沖擊發(fā)生在2007年7月1日10：26分，震動(dòng)能量達(dá)1.9×107焦，來(lái)壓位置在工作面附近輔運(yùn)順槽側(cè)，對(duì)巷道和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，有7次弱沖擊，震動(dòng)能量在5.3×106焦左右，這些沖擊將早晨惡搞巷道同程度的底鼓或頂下沉。下面以1次典型的來(lái)壓為例分析來(lái)壓規(guī)律： 2007年7月1日的來(lái)壓前震動(dòng)變化趨

8、勢(shì)，日震動(dòng)總能量和震動(dòng)次數(shù)之間的變化在正常情況下很吻合，并且直線變化斜率基本相同，6月28日到6月30日震動(dòng)總能量變化趨勢(shì)較大，結(jié)合圖2，6月29日到6月30日，產(chǎn)量和推進(jìn)度出現(xiàn)變化趨勢(shì)相反的情況，7月1日早班10：26分來(lái)壓，來(lái)壓位置在250205輔運(yùn)順槽側(cè)工作面前方20米，震動(dòng)能量1.9×107焦，致巷道嚴(yán)重底鼓和頂下沉，部分設(shè)備壓壞，未造成人員受傷。 六、總結(jié) 通過(guò)對(duì)硯北礦區(qū)各采區(qū)的多次來(lái)壓分析總結(jié)，用“SOS”微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)沖擊礦壓，可以得出以下結(jié)論： 第一，震動(dòng)與煤巖體的變形破壞存在一定的耦合關(guān)系，通過(guò)對(duì)采掘工作面的震動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，利用煤巖體的動(dòng)態(tài)變化特性，為

9、沖擊危險(xiǎn)性提供可靠信息。 第二，正常情況下，每天震動(dòng)總能量與震動(dòng)次數(shù)、產(chǎn)量和推進(jìn)度的變化斜率或變化趨勢(shì)是一致的，偶爾有一天出現(xiàn)異步變化，但只是短暫的。如果震動(dòng)參數(shù)的變化出現(xiàn)連續(xù)一天以上的異步趨勢(shì)（一般3天左右），再結(jié)合其他兩種變化曲線，如果有一種曲線出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象時(shí)，近日就有沖擊危險(xiǎn)發(fā)生。 第三，微震法聯(lián)合電磁輻射法、鉆屑法及采煤工作面支架阻力法，成功預(yù)報(bào)出了多次沖擊危險(xiǎn)，效果較好。 第四，煤層地質(zhì)構(gòu)造以及煤柱區(qū)，對(duì)沖擊礦壓有直接影響，在此區(qū)域震動(dòng)次數(shù)明顯增多，來(lái)壓頻繁，來(lái)壓造成的破壞性也大。 第五，來(lái)壓位置以工作面輔運(yùn)順槽前后30米為主，回風(fēng)順槽很少來(lái)壓。 參考文獻(xiàn)： 1、竇林名,何學(xué)秋.采礦地球物理學(xué)M.中國(guó)科學(xué)文化出版社,2002. 2、竇林名,何學(xué)秋.沖