淺析微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在礦井中預(yù)報(bào)礦壓的應(yīng)用

摘 要：波的振幅和頻率取決于煤巖體的強(qiáng)度、應(yīng)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(gè)微震信號(hào)包含關(guān)于巖體內(nèi)部狀態(tài)的豐富信息。 應(yīng)用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其功能是監(jiān)測(cè)整個(gè)礦山微地震的范圍，評(píng)估巷頂?shù)母采w范圍，為防止災(zāi)害發(fā)生提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：微震監(jiān)測(cè)；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(guó)際先進(jìn)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(dòng)集中，互相干擾。礦區(qū)覆蓋厚厚厚的集團(tuán)。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(shí)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(qiáng)礦山爆發(fā)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，特地引進(jìn)了SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 工作原理

由沖擊礦壓引起的震源機(jī)理和破壞機(jī)理是巖石受力的原因和后果。然而，我們發(fā)現(xiàn)源機(jī)制相同，但是后果可能不同，而導(dǎo)致與巖石壓力的影響相同或相似的損害，源機(jī)制不一定相同。實(shí)踐證明，巖石壓力和巖石振動(dòng)的影響總是相互伴隨而生。因此，有必要基于微震監(jiān)測(cè)來監(jiān)測(cè)沖擊礦壓?；趲r層地震振動(dòng)分析，特別是關(guān)鍵地層運(yùn)動(dòng)引起的地震波傳播，地震巖石動(dòng)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(huì)造成損壞。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過檢測(cè)煤和巖體微裂紋過程發(fā)出的地震波來檢測(cè)地震波，并檢測(cè)微震活動(dòng)的強(qiáng)度和頻率。監(jiān)測(cè)微裂紋分布的位置，然后獲得礦井沖擊地面壓力微震活動(dòng)信息，為預(yù)防和控制地面壓力的影響提供依據(jù)。

1.2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能介紹

微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是分析全礦的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，微震事件的自動(dòng)記錄和微震位置和能量計(jì)算范圍內(nèi)發(fā)生的微震事件，分析主要危險(xiǎn)區(qū)域的微震事件，動(dòng)態(tài)評(píng)估相關(guān)區(qū)域效應(yīng)危害等級(jí)，指導(dǎo)煤礦瓦斯巖石壓力預(yù)防控制工作；擺脫危險(xiǎn)性測(cè)試和優(yōu)化相關(guān)技術(shù)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(cè)每個(gè)地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)，易于掌握動(dòng)態(tài)范圍的采礦趨勢(shì)的影響，實(shí)時(shí)評(píng)估結(jié)果的影響一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，更有針對(duì)性的解決方案，以防止事故或降低風(fēng)險(xiǎn)提供寶貴的時(shí)間水平的風(fēng)險(xiǎn)，大大提高礦井爆破防控效率。

2 微震事件與沖擊地壓的關(guān)系分析

微震事件的時(shí)空變化包含有關(guān)巖爆發(fā)生的重要信息。 地震發(fā)生前，微震活動(dòng)明顯變化。 通過分析和分析災(zāi)害前的微震活動(dòng)，破壞的大小和風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)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(duì)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(huì)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(xiǎn)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(diǎn)。 該地區(qū)受采礦影響，采礦作用下，煤和巖體的集中應(yīng)力迅速增加，形成一定范圍內(nèi)的高應(yīng)力面積。 煤巖破裂活動(dòng)較為頻繁，導(dǎo)致了微震事件的頻發(fā)。

3 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)礦井中的實(shí)際應(yīng)用

微震系統(tǒng)用于標(biāo)記和計(jì)算振動(dòng)波形，以獲得振動(dòng)事件的能量和位置。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，表明微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)記首次重要，但系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)記P波有時(shí)出現(xiàn)大誤差，手動(dòng)標(biāo)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(jí)鐵路下四強(qiáng)的煤炮炮聲，四節(jié)高8米附近頂部，有面團(tuán)渣，東面電影幫忙，水管闖入道路在該地區(qū)有強(qiáng)烈的震撼感。坐標(biāo)為：X = 23253m，Y = 44144m，Z = 721m，手動(dòng)標(biāo)記微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)際地理坐標(biāo)為X = 23164m，Y = 44195m，Z = 743m。誤差為22m。因此，記錄的振動(dòng)文件應(yīng)手動(dòng)標(biāo)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(dòng)能量的精度?？偨Y(jié)方法如下：

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

（2）記錄振動(dòng)信號(hào)通道的數(shù)量相對(duì)較小，噪聲相對(duì)較大，標(biāo)簽可以在第一次進(jìn)行濾波處理時(shí)使用，然后標(biāo)記。

（3）對(duì)于波形相對(duì)較小，首次到達(dá)時(shí)間更難識(shí)別信號(hào)，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(fù)到左邊罰款，正面微調(diào)。

（4）如果信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)，首次到達(dá)時(shí)間也很容易識(shí)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(dá)到更難識(shí)別信號(hào)。

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

（6）選擇通道盡可能遠(yuǎn)離站信號(hào)的源位置，除非信號(hào)污染較大。

4 結(jié)論

使用地球物理方法來預(yù)測(cè)世界科學(xué)的前沿，目前的測(cè)試技術(shù)，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有很多技術(shù)還沒有解決。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)工作面的周圍巖石破壞的整個(gè)過程，并研究巖層的形成與預(yù)測(cè)巖爆的關(guān)系。為實(shí)施有針對(duì)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(chǔ)。

地震工程施工，安全防護(hù)或火山地震災(zāi)害研究中的微震技術(shù)應(yīng)用范圍非常廣泛。中國(guó)的微震研究仍處于起步階段，沒有采用微震信號(hào)進(jìn)一步研究，實(shí)時(shí)反演地下結(jié)構(gòu)。另外，未來通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等手段對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和建立有效的軟件系統(tǒng)，用微型沖擊技術(shù)研究火山，地震等災(zāi)害。隨著中國(guó)資源的進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)一步加快自然科學(xué)的步伐和快速發(fā)展，微震技術(shù)將在油田、礦山、火山地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王磊（1982-），助理工程師，主要研究方向：沖擊地壓防治。