微震應(yīng)用前景及預期效益論證

1、 / 6微震監(jiān)測系統(tǒng)項目可行性報告xx煤炭科學研究院 2014年 7月一、目的意義微震監(jiān)測技術(shù)，是近幾年發(fā)展起來的一種新的礦山安全技術(shù)。目前，在我國煤礦、鐵礦等幾十座礦山得到廣泛應(yīng)用。在沖擊地壓、瓦 斯、煤塵爆炸、頂?shù)装迤茐姆秶?、盜采活動監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。目前，該技術(shù)主要存在兩方面的問題：一是，該技術(shù)用戶主體主要是礦山企業(yè)，用來作為一種常規(guī)手段進行某些 特定事件的監(jiān)測、預警，缺乏系統(tǒng)、深入的研究；二是，該技術(shù)目前應(yīng)用領(lǐng)域較窄，在突水監(jiān)測、預報、充填開采引起的圍 巖變形破壞監(jiān)測以及高水充填體穩(wěn)定性監(jiān)測等方面尚處于探索和起步階段，研 究領(lǐng)域亟待進一步拓寬。根據(jù)煤礦生產(chǎn)需要，引進該技術(shù)，在大

2、量現(xiàn)場試驗基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場環(huán)境 條件及監(jiān)測結(jié)果分析，對微震監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備、方法進行分析研究、二次開發(fā)， 進一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域、提高監(jiān)測效果，對豐富和完善我院技術(shù)手段，具有重 要意義。二、工作原理當?shù)叵聨r石由于人為因素或自然因素發(fā)生破裂、變形時，會產(chǎn)生一種微弱 的地震波，并向周圍傳播。通過布置在空間不同位置的微震檢波器，可以記錄 這些微地震波的到達時間、傳播方向、地震波能量等信息（圖 1）。圖 1 微震監(jiān) 測示意圖通過專業(yè)軟件和相關(guān)計算，可以確定巖石破裂點（面）的發(fā)生時間、空間 位置、能量大小。根據(jù)這些微震事件發(fā)生的位置、頻度、強度，可進一步解決 諸如巷道及工作面頂?shù)装迤茐姆秶_擊地壓顯現(xiàn)規(guī)律、

3、導水裂隙發(fā)育高度及 空間位置等一系列地質(zhì)、水文地質(zhì)問題。遠程、動態(tài)、三維、實時監(jiān)測，是微震監(jiān)測系統(tǒng)的主要特點。 整個設(shè)備系統(tǒng)由地面和井下兩部分組成： 地面設(shè)備包括監(jiān)測主機（信號記錄儀）、數(shù)據(jù)處理主機兩部分；井下設(shè)備包括檢波器、信號采集站、監(jiān)測主機（信號記錄儀）等幾個部分（圖2）。圖 2微震監(jiān)測系統(tǒng)組成檢波器布置在井下工作區(qū)附近巷道內(nèi)，與信號采集站、井上下監(jiān)測主機之 間通過專用光纜及電纜連接。工作時，根據(jù)現(xiàn)場條件及目的不同，井下一般設(shè)置 1-2 個信號采集站，每 一個采集站連接 12或16個檢波器，也稱 12道或 16道。道間距一般 20-50m。該設(shè)備既可做長期監(jiān)測使用，也可待一個項目結(jié)束撤回

4、設(shè)備重新用在其他 礦山或地區(qū)。對于走向長度較大工作面，可采用滾動式布置方式，根據(jù)回采進度，將里 端檢波器向外順序外移，實現(xiàn)對整個工作面的動態(tài)監(jiān)測。一般來說，一個微震項目監(jiān)測周期在幾個月到幾年之間不等。三、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 我國目前應(yīng)用的微震監(jiān)測系統(tǒng)，主要有國產(chǎn)和進口兩大類。 國內(nèi)專業(yè)開發(fā)和研究的單位主要有北京科技大學、中國礦業(yè)大學 兩家。北京科技大學姜福興教授從事該領(lǐng)域研究已有十幾年時間，從方法研究、 設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、銷售到應(yīng)用，可進行一條龍式服務(wù)。設(shè)備在國內(nèi)煤與非煤礦 山售出幾十套。中國礦業(yè)大學竇林名教授主要從事方法研究，代銷波蘭礦山研究總院設(shè)計 制造的微震監(jiān)測儀。國內(nèi)用戶十幾家。國外加拿大

5、ESG公司研發(fā)生產(chǎn)的 MMS 微震監(jiān)測系統(tǒng)（第七代產(chǎn)品）。國內(nèi) 用戶十家。上述設(shè)備中，國產(chǎn)及波蘭設(shè)備最大監(jiān)測距離一般在 200-300m 以內(nèi)。加拿大 ESG公司設(shè)備最大監(jiān)測距離為 750m，且監(jiān)測位置誤差在 5m 以內(nèi)，在我國石油 系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。目前，微震監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要包括以下幾個方面：（一）礦震和沖擊地壓監(jiān)測中國礦業(yè)大學從波蘭礦山研究總院引進了 11套16通道的 SOS微震監(jiān)測系 統(tǒng)，主要用于長期監(jiān)測。已經(jīng)安裝運行的礦井有 8 個，甘肅華亭的硯北煤礦、 華亭煤礦、兗州鮑店煤礦、大同忻州窯煤礦、臨沂古城煤礦、天安礦業(yè)星村煤 礦、淮北海孜煤礦、鶴崗峻德煤礦；正在安裝調(diào)試的礦井有 3

6、個，分別是七臺 河桃山煤礦、平頂山十一礦和華亭山寨煤礦。該系統(tǒng)成功預測到多次礦震和沖 擊礦壓事件，大大降低了礦井可能造成的災(zāi)害。 2013年 6 月以來，江蘇三恒科 技股份有限公司利用自主研發(fā)的微震監(jiān)測系統(tǒng)，也在山東濟礦集團等礦開展此 類監(jiān)測工作。（二）工作面頂?shù)装迤茐纳疃燃皹?gòu)造活化監(jiān)測2002 年以來，北京科技大學采用自主研發(fā)的微震監(jiān)測系統(tǒng)在進行礦震及沖 擊地壓監(jiān)測基礎(chǔ)上，還在山東、淮南、淮北、開灤、邯鄲、東北等幾十個礦井 開展了頂?shù)装迤茐纳疃?、?gòu)造活化、小窯盜采等監(jiān)測工作。在工作面來壓步 距、頂?shù)装迤茐姆秶确矫?，取得較好效果。（三）煤礦井下突水監(jiān)測及注水描述2006 年以來，北京科技大學

7、在峰峰梧桐莊礦、焦作演馬莊礦、趙固一礦， 中國礦大在淮北桃園等礦，煤科總院在撫順老虎臺礦開展了突水監(jiān)測及導水裂 隙帶發(fā)育高度監(jiān)測工作，取得一定成果（圖 3）。2007 年以來，石油系統(tǒng)遼河油田、新疆克拉瑪依油田、安塞化子坪油區(qū)相 繼開展了油井注水描述（水驅(qū)前緣監(jiān)測）及水力壓裂裂縫監(jiān)測工作，在地面將 檢波器置于多個油井不同深度形成微震監(jiān)測系統(tǒng)，取得較好效果。圖 3 微震監(jiān)測平面投影圖四、主要研究和應(yīng)用領(lǐng)域（1）引進高分辨率微震監(jiān)測技術(shù)，井下沿巷道或圍繞工作面布點，形成突 水預測、預報監(jiān)測系統(tǒng)，利用突水必然伴隨圍巖裂隙開裂這一特征，通過對生 產(chǎn)地區(qū)及周圍地區(qū)底板巖層破裂引發(fā)的微弱震動監(jiān)測，對可能突

8、水位置、時間 進行預測。（2）采用微震監(jiān)測技術(shù)，配合底板預注漿加固及突水點注漿治理工程，對 注漿漿液空間運移途徑、擴散范圍進行動態(tài)描述，進而對注漿效果及地下水網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)進行評價。（ 3）充填開采及非充填開采工作面圍巖破壞范圍對比監(jiān)測、評價，充填采 煤工作面圍巖變形破壞監(jiān)測，高水材料充填體穩(wěn)定性監(jiān)測。五、經(jīng)濟效益分析及應(yīng)用前景分析煤科院擬購置的加拿大 ESG公司生產(chǎn)的微震監(jiān)測系統(tǒng)，投資總計 451 萬 元。主要應(yīng)用領(lǐng)域及預期收益包括以下幾個方面：（ 1）xxxxxx 灰頂面區(qū)域加固項目為確保東龐礦北井深部 9 號煤回采安全，冀中能源股份有限公司及東龐礦 擬投資 4-5 億元用于奧灰頂部區(qū)域注漿加

9、固工作。新購置微震監(jiān)測系統(tǒng)主要用于注漿鉆孔漿液擴散范圍及速度監(jiān)測、奧灰頂 部巖溶裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育情況描述、注漿加固效果評價等方面。該項技術(shù)工作為國內(nèi)外首次開展，技術(shù)意義重大。微震監(jiān)測工作工期 2 年，年實現(xiàn)產(chǎn)值在 1000萬元以上，投資收益十分可 觀。（2）邢東礦回采工作面突水預測預報監(jiān)測研究利用突水必然伴隨圍巖裂隙開裂這一特征，通過對生產(chǎn)地區(qū)及周圍地區(qū)底 板巖層破裂引發(fā)的微弱震動監(jiān)測，對可能突水位置、時間進行預測。該項工作配合邢東礦原 2127 突水工作面附近工作面開采進行，工期約 4-5 個月，實現(xiàn)年收入約 120 萬元。（ 3）石家莊瑞豐煤業(yè)公司井下鉆孔軌跡及注漿描述配合石家莊瑞豐煤業(yè)公司突水口斷層煤柱開采前底板預注漿加固及突水點 注漿治理工程，采用微震監(jiān)測技術(shù)對注漿漿液空間運移途徑、擴散范圍及鉆孔 軌跡進行動態(tài)描述，進而對注漿效果及鉆孔空間進行評價。該項目2014年 9月可開展工作，工期約 3-5個月，預期年 80-100萬元。（ 4）采煤工作面圍巖破壞范圍監(jiān)測充填開采及非充填開采工作面圍巖破壞范圍對比監(jiān)測、評價，充填采煤工 作面圍巖變形破壞監(jiān)測，高水材料充填體穩(wěn)定性監(jiān)測。目前，正在進行選點工作。上述工作在實現(xiàn)創(chuàng)收，獲得預期收益基礎(chǔ)上，相關(guān)課題研究將達到國際領(lǐng) 先水平?？赏诿旱V防治水、充填開