淺析微震監(jiān)測系統(tǒng)在礦井中預報礦壓的應用

摘 要：波的振幅和頻率取決于煤巖體的強度、應力狀態(tài)、斷裂尺寸和變形，波的振幅和頻率受波的頻率、速度的影響等等。 因此，每個微震信號包含關于巖體內(nèi)部狀態(tài)的豐富信息。 應用微震監(jiān)測系統(tǒng)，其功能是監(jiān)測整個礦山微地震的范圍，評估巷頂?shù)母采w范圍，為防止災害發(fā)生提供科學依據(jù)。

關鍵詞：微震監(jiān)測；沖擊地壓；防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.216

東灘煤礦主煤層主要部分合并為一層，平均厚度8.41米。其余的分為兩層。分層的平均厚度為5.38m，分層的平均厚度為3.22m。主井井深-800米，采用國際先進的采礦開采方式從主采煤層和上層采煤。目前，單一礦區(qū)集中，采礦活動集中，互相干擾。礦區(qū)覆蓋厚厚厚的集團。由于煤體的高彈性可能引發(fā)多類事故，造成井下工作面的損壞，同時給礦井生產(chǎn)人員的安全帶來巨大的威脅。東灘煤礦為加強礦山爆發(fā)的監(jiān)測預報，特地引進了SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)。

1 微震監(jiān)測技術

1.1 工作原理

由沖擊礦壓引起的震源機理和破壞機理是巖石受力的原因和后果。然而，我們發(fā)現(xiàn)源機制相同，但是后果可能不同，而導致與巖石壓力的影響相同或相似的損害，源機制不一定相同。實踐證明，巖石壓力和巖石振動的影響總是相互伴隨而生。因此，有必要基于微震監(jiān)測來監(jiān)測沖擊礦壓。基于巖層地震振動分析，特別是關鍵地層運動引起的地震波傳播，地震巖石動力分析與能量積累與耗散分析法研究，以最大限度地減少巖爆可能會造成損壞。微震監(jiān)測技術是通過檢測煤和巖體微裂紋過程發(fā)出的地震波來檢測地震波，并檢測微震活動的強度和頻率。監(jiān)測微裂紋分布的位置，然后獲得礦井沖擊地面壓力微震活動信息，為預防和控制地面壓力的影響提供依據(jù)。

1.2 微震監(jiān)測系統(tǒng)的功能介紹

微震監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是分析全礦的實時監(jiān)測，微震事件的自動記錄和微震位置和能量計算范圍內(nèi)發(fā)生的微震事件，分析主要危險區(qū)域的微震事件，動態(tài)評估相關區(qū)域效應危害等級，指導煤礦瓦斯巖石壓力預防控制工作；擺脫危險性測試和優(yōu)化相關技術參數(shù)，提高防撞系統(tǒng)的影響和控制效率。該系統(tǒng)自帶的軟件與其他類似產(chǎn)品不同的功能不同，能夠監(jiān)測每個地區(qū)的風險，易于掌握動態(tài)范圍的采礦趨勢的影響，實時評估結(jié)果的影響一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，更有針對性的解決方案，以防止事故或降低風險提供寶貴的時間水平的風險，大大提高礦井爆破防控效率。

2 微震事件與沖擊地壓的關系分析

微震事件的時空變化包含有關巖爆發(fā)生的重要信息。 地震發(fā)生前，微震活動明顯變化。 通過分析和分析災害前的微震活動，破壞的大小和風險的影響程度作出判斷，為防止和控制地面壓力的影響提供依據(jù)。

2.1 沖擊地壓發(fā)生前的微震活動特征

通過分析煤礦四次地震發(fā)生前后的微震事件的發(fā)生頻率和釋放能量，發(fā)現(xiàn)爆發(fā)前后微震事件的頻率和能量釋放明顯變化， 微震頻率相對較高，巖爆發(fā)生前的微震事件能量處于較低水平，煤巖能量積累明顯。 發(fā)生爆發(fā)后，會發(fā)生小能量微震事件的釋放濃度，但能量釋放率低，一般持續(xù)3-5d，但再次發(fā)生高能微震事件的可能性。

2.2 高沖擊危險區(qū)域判定

在采礦期間，微震事件主要發(fā)生在工作面前，共觀察到156次事件，發(fā)生在距離眼睛150米的距離。 即，工作面前300m范圍內(nèi)的微震事件數(shù)量為122次，占總數(shù)的81%。 微震事件發(fā)生在300m以外的地區(qū)，占總數(shù)的19%。 所以21150采礦面前300m的范圍為反沖區(qū)域的重點。 該地區(qū)受采礦影響，采礦作用下，煤和巖體的集中應力迅速增加，形成一定范圍內(nèi)的高應力面積。 煤巖破裂活動較為頻繁，導致了微震事件的頻發(fā)。

3 微震監(jiān)測技術礦井中的實際應用

微震系統(tǒng)用于標記和計算振動波形，以獲得振動事件的能量和位置。根據(jù)實際應用，表明微震監(jiān)測系統(tǒng)的標記首次重要，但系統(tǒng)自動標記P波有時出現(xiàn)大誤差，手動標注分析后事件定位精度明顯提高。例如：2009年10月4日16：10分二級鐵路下四強的煤炮炮聲，四節(jié)高8米附近頂部，有面團渣，東面電影幫忙，水管闖入道路在該地區(qū)有強烈的震撼感。坐標為：X = 23253m，Y = 44144m，Z = 721m，手動標記微震監(jiān)測系統(tǒng)。實際地理坐標為X = 23164m，Y = 44195m，Z = 743m。誤差為22m。因此，記錄的振動文件應手動標記，并逐步總結(jié)以掌握波形注釋方法，從而提高源的位置和振動能量的精度。總結(jié)方法如下：

（1）對于低能量信號，考慮濾波和刪除振動模式，大多數(shù)通道的波形幅度相對較小。

（2）記錄振動信號通道的數(shù)量相對較小，噪聲相對較大，標簽可以在第一次進行濾波處理時使用，然后標記。

（3）對于波形相對較小，首次到達時間更難識別信號，P波偏差，鍵可用于Pp位置微調(diào)保持精度，微調(diào)原理：偏差為負到左邊罰款，正面微調(diào)。

（4）如果信號相對較強，首次到達時間也很容易識別，但P波偏差較大，可以去除一些比較小的波形，P波第一次達到更難識別信號。

（5）如果多數(shù)通道對P波偏差較大，則應重新選擇波形和幅度較大，首次到達時間更容易識別通道，如果計算出的P波偏差小，可以考慮在錯誤不明顯的情況下增加重新計算的通道數(shù)。

（6）選擇通道盡可能遠離站信號的源位置，除非信號污染較大。

4 結(jié)論

使用地球物理方法來預測世界科學的前沿，目前的測試技術，要準確預測有很多技術還沒有解決。微震監(jiān)測技術可以監(jiān)測工作面的周圍巖石破壞的整個過程，并研究巖層的形成與預測巖爆的關系。為實施有針對性的沖擊壓力，煤氣瓦斯突出和地下水涌流等防雷措施奠定了基礎。

地震工程施工，安全防護或火山地震災害研究中的微震技術應用范圍非常廣泛。中國的微震研究仍處于起步階段，沒有采用微震信號進一步研究，實時反演地下結(jié)構(gòu)。另外，未來通過無線網(wǎng)絡等手段對實時數(shù)據(jù)傳輸和建立有效的軟件系統(tǒng)，用微型沖擊技術研究火山，地震等災害。隨著中國資源的進一步發(fā)展，進一步加快自然科學的步伐和快速發(fā)展，微震技術將在油田、礦山、火山地震監(jiān)測等領域有廣泛的應用前景。

參考文獻：

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[2]柳云龍，田有，鄭確等.微震監(jiān)測技術在深部礦山中的應用[J].地球物理學進展，2013（08）：1801-1808.

作者簡介：王磊（1982-），助理工程師，主要研究方向：沖擊地壓防治。