冲击地压微震监测预警系统的应用研究

微震监测技术在冲击地压矿井的应用李文健【摘要】随着现代科学技术的发展,微震检测技术在我国得到了迅速发展.利用微震监测技术,在发生微震活动的矿区内布设微震探头,探测微破裂所发出的地震波,确定发生地震波的位置,还可以给出地震活动性的强弱和频率,通过微震监测获得的微破裂分布位置,判断潜在的矿山动力灾害活动规律,通过识别矿山动力灾害活动规律实现预警.本文以抚顺老虎台矿83003综放工作面为研究对象,结合老虎台矿微震监测系统分析83003综放工作面冲击地压发生的原因以及覆岩破坏的分布规律.通过分析微震事件发生的震级与能量,对冲击地压的发生提供可行性评估,为老虎台矿今后冲击地压的防治工作提供科学有效的借鉴.【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2015(026)004【总页数】5页(P116-120)【关键词】微震监测;冲击地压;覆岩破坏;综放工作面【作者】李文健【作者单位】辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TD3240 引言冲击地压［1-2］是聚集在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。

冲击矿压［3-7］还会引发或可能引发矿井灾害，尤其是瓦斯与煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。

冲击地压［8-9］的显现特征:(1)突发性(2)瞬时震动性(3)巨大破坏性(4)复杂性。

因此，冲击地压是煤矿重大灾害之一。

冲击矿压作为煤岩动力灾害［10-11］，自有记载的第一次发生于1738年英国南史塔福煤田的冲击地压至今二百多年来，其危害几乎遍及世界各采矿国家。

英国、德国、南非、波兰、苏联、捷克、加拿大、日本、法国以及中国等二十多个国家和地区都记录有冲击地压现象。

我国煤矿冲击地压灾害极为严重，最早自1933年抚顺胜利矿发生冲击地压以来，在北京、辽源、通化、阜新、北票、枣庄、大同、开滦、天府、南桐、徐州、大屯、新汶等矿区都相继发生过冲击地压现象。

科学技术创新2021.06煤矿冲击地压的微震监测的实例分析石嘉栋何川(陕西彬长文家坡矿业有限公司,陕西咸阳713599)煤矿开采工作属于高危行业,在实际工作过程中常常发生许多突发事件。

其中冲击地压对于采矿工作人员人身安全具有极大的威胁,随着煤矿开采深度的增加,冲击地压的产生几率也会随之增大。

目前微地震监测系统是最行之有效的预测系统,有关人员应对其深入分析,以便有效利用,减少冲击地压带来的损失。

冲击地压,又被称作“岩爆”,在煤矿作业中又被称作“煤爆”。

冲击地压引发灾害的原因主要是岩体或者矿体受到自身内部的高应力作用,其平衡的状态被严重打破,进而突发性地将大量的能量释放出来,引发振动和爆炸,最终使矿井、巷道等四周的岩石以及矿体等被大量喷出。

此类危害具有极大的危险性,会破坏岩体,损毁设施、支架等,严重时甚至会使巷道发生垮落,被彻底破坏,最终造成人员伤亡。

在煤矿中,冲击地压还会对矿井内部造成严重破坏,极易引发煤尘、瓦斯等爆炸,严重影响内部通风系统,严重时还会引发地面的不断震动,甚至出现火灾、水灾、破坏建筑物等现象[1]。

1工程概况监测人员采用先进的微地震监测仪器监测某煤矿1610、1609以及1409工作面的覆岩断裂破坏。

此处煤矿的地质结构比较复杂,此区域范围内具有极多的断层,其地表的地面标高是+35.8m ,其工作面的标高范围是-831m ~-783m ,走向为1129m 。

此煤矿内的煤层是5.1m ,整体工作面呈现单斜走势,其单轴具有20M Pa 的抗压强度,冲击倾向大。

同时,煤层倾斜角度平均是23°,其基本顶是16.8m 厚的细粒砂岩、粉砂岩以及泥岩组合,而直接顶是粉砂岩,有7.02m 的厚度。

此煤矿场巷道具有22.83M Pa 的垂直应力。

以往在此处的采矿作业过程中,曾经出现过一次明显的冲击地压,巷道两侧发生过较大的变形,当时抛出了很多煤体,损坏了所有此区域内机电设施,并使3人受到了轻伤。

冲击地压灾害综合监测预警技术研究及应用摘要：随着我国煤矿开采深度的增加和开采强度的增大，冲击地压矿井的数量明显增多，冲击强度明显增大。

冲击地压已成为威胁我国深部煤炭资源开采的主要动力灾害之一。

基于此，以下对冲击地压灾害综合监测预警技术研究及应用进行了探讨，以供参考。

关键词：冲击地压灾害；综合监测；预警技术；研究及应用引言冲击地压监测预警技术是冲击地压防治的重要环节，对降低和避免冲击地压灾害具有重要意义。

现有的冲击地压预警监测方法可分为两类，一类是以钻屑法为主的岩石力学方法，另一类是以地音、微震为代表的地球物理方法。

但由于我国煤矿地质条件复性杂决定了冲击地压灾害的致灾因素具有多样性，不同的煤矿对技术的掌握程度和关键指标的合理性差别很大，单一的冲击地压灾害预警技术已无法满足矿井安全生产的要求。

1煤矿冲击地压显现特征我国对于煤矿的需求日益增加，因此煤矿的挖掘量也在不断提升，这也就意味着更多的煤矿将会受到严重的冲击灾害。

目前，在全世界范围内对煤矿的冲击地压已经展开了一系列的探索，特别是对冲击地压发生的因素以及避免的方法，这一部分内容得到了一些较有成效的策略，但是对冲击地压的精准预测仍然是难以完成的复杂任务。

主要是因为以目前的科技，还很难达到对冲击地压的整个发生规律进行深入了解，同时也很难对冲击地压的特征进行深入的探索和监测。

不仅如此，因为不同的煤矿拥有不一样的地质，因此也会有各种各样的预警方式。

针对不一样的地质情况，需要使用具有差异化的预警方式，而且因为使用不同的预警方式监测到的数据并不能够做到完全一致，这也让调研人员在调查的过程当中遇到很多难题。

本文主要探索的煤矿冲击地压灾害预警方式，主要是通过对一系列的数据进行分析监测，在预警方面主要提出了设计震动场以及应力场的综合预警方式。

首先，对煤矿冲击地压进行空间分析，可以发现绝大部分的冲击地压，都会出现在煤矿巷道的内侧，特别是一些冲击地压发生第二事故，都会出现在采掘煤矿的期间，尤其是超前巷道以及沿空侧巷道。

冲击地压监测系统的实际应用摘要：为了摸索煤矿因采深的逐步加大，造成煤矿冲击地压危险性增大的原因，进一步了解冲击地压发生的前兆，通过对ARAMIS M/E微震与ARES-5/E地音两套冲击地压监测系统的功能应用，数据整理、分析，大能量震动事件发生前煤岩层内破裂信号的接收对比分析,充分说明冲击事件的发生前，存在短期的应力变化阶段，及时对冲击事件的发生做出预测预报。

关键词：微震事件；地音活动；数据分析；能量变化；危险等级；随着煤矿开采煤层深度的不断加大，冲击地压、顶板大面积来压等现象已经成为深部矿井发展的主要灾害，对矿井和人员安全造成了严重的影响。

随着冲击地压问题日趋严重，人们对冲击地压的防治也越来越重视[1]。

华丰煤矿是国内冲击地压灾害最早、最为严重的矿井之一。

为了利用可靠的监测方法研究和防治冲击地压，华丰煤矿先于2006年12月份引进装备了波兰ARAMIS M/E微震监测系统，用于监测全矿井范围内的岩层活动，而后于2008年8月份引进装备了ARES-5/E地音监测系统，用于监测矿井井田小范围内的煤岩层活动。

截至目前，两套监测系统已获得了大量的监测数据，通过对数据的深入分析，提高了对煤岩层活动规律的了解。

1 微震与地音微震事件是岩体破裂的萌生、发展、贯通等过程失稳的动力现象。

在煤矿，微震事件是由地下开采活动诱发的，微震事件的发生在一定程度上反映了煤岩体内应力场的变化情况，影响范围从几百米到几公里，甚至几百公里[2]。

地音是煤岩体破裂释放的能量，以弹性波形式的向外传递过程中所产生的声学效应。

相比微震现象，地音为一种高频率、低能量的震动。

大量科学研究表明，地音是煤岩体内应力释放的前兆，利用地音现象与煤岩体受力状态的关系，可以监测到局部范围内未来几天可能发生的动力现象。

微震监测系统与地音监测系统都是用于监测煤矿开采过程中煤岩体破裂过程中诱发的震动，通过对监测数据进行统计分析，研究煤岩体的破坏规律，判断潜在的矿山动力灾害活动（冲击地压）规律，从而实现对煤矿冲击危险的评价和预警[5]。

浅析微震监测系统在矿井中预报矿压的应用波的振幅和频率取决于煤岩体的强度、应力状态、断裂尺寸和变形，波的振幅和频率受波的频率、速度的影响等等。

因此，每个微震信号包含关于岩体内部状态的丰富信息。

应用微震监测系统，其功能是监测整个矿山微地震的范围，评估巷顶的覆盖范围，为防止灾害发生提供科学依据。

标签：微震监测；冲击地压；防治东滩煤矿主煤层主要部分合并为一层，平均厚度8.41米。

其余的分为两层。

分层的平均厚度为5.38m，分层的平均厚度为3.22m。

主井井深-800米，采用国际先进的采矿开采方式从主采煤层和上层采煤。

目前，单一矿区集中，采矿活动集中，互相干扰。

矿区覆盖厚厚厚的集团。

由于煤体的高弹性可能引发多类事故，造成井下工作面的损坏，同时给矿井生产人员的安全带来巨大的威胁。

东滩煤矿为加强矿山爆发的监测预报，特地引进了SOS微震监测系统。

1 微震监测技术1.1 工作原理由冲击矿压引起的震源机理和破坏机理是岩石受力的原因和后果。

然而，我们发现源机制相同，但是后果可能不同，而导致与岩石压力的影响相同或相似的损害，源机制不一定相同。

实践证明，岩石压力和岩石振动的影响总是相互伴随而生。

因此，有必要基于微震监测来监测冲击矿压。

基于岩层地震振动分析，特别是关键地层运动引起的地震波传播，地震岩石动力分析与能量积累与耗散分析法研究，以最大限度地减少岩爆可能会造成损坏。

微震监测技术是通过检测煤和岩体微裂纹过程发出的地震波来检测地震波，并检测微震活动的强度和频率。

监测微裂纹分布的位置，然后获得矿井冲击地面压力微震活动信息，为预防和控制地面压力的影响提供依据。

1.2 微震监测系统的功能介绍微震监测系统的主要功能是分析全矿的实时监测，微震事件的自动记录和微震位置和能量计算范围内发生的微震事件，分析主要危险区域的微震事件，动态评估相关区域效应危害等级，指导煤矿瓦斯岩石压力预防控制工作；摆脱危险性测试和优化相关技术参数，提高防撞系统的影响和控制效率。

微地震监测系统在冲击地压预测预报中的应用摘要:微地震是一种小型的地震,在地下矿井深部开采过程中不可避免的发生岩石破裂和地震活动。

冲击地压是采矿诱发的矿井地震, 严重威胁着煤矿的安全生产。

微地震监测技术是一种新的地球物理探测技术,利用微地震监测系统是预测预报冲击地压的有效手段,分析微地震事件的分区性,指出应力积聚区域及冲击地压危险区域,成功预测了该工作面的冲击地压。

关键词:微地震监测手段冲击地压预测预报冲击地压,也称岩爆,它是在一定条件下一种岩体中聚积的弹性变形势能突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的现象。

冲击地压首次在英国南斯塔福煤田发生,所有采煤国家也都陆续出现冲击地压。

发生冲击地压的条件是岩体中有较高的地应力,岩石具有较高的脆性度和弹性,并且地应力超过了岩石本身的强度。

冲击地压具有突然性、瞬时震动性和破坏性,采煤井下生产安全和作业人员的生命安全受到严重威胁,现在已成为世界范围内矿井中最严重的自然灾害之一,对冲击地压进行预测的传统方法主要有采用微地震监测法,下面就谈谈自己对微地震监测系统对冲击地压预测预报的肤浅看法。

1 微地震监测技术以声发射学和地震学为基础的微地震监测系统,该方法集采矿学、地震学、信号采集与处理、信号传输等多学科知识于一体,是研究冲击地压、水害治理、煤与瓦斯突出等矿山灾害的有效手段。

通过观测分析矿井生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响效果及地下状态的地球物理技术。

地球物理学技术为研究小范围内信号微弱的微地震事件提供了技术支持。

2 微地震系统监测原理当地下岩石由于人为因素或应力作用下发生破裂、移动时,产生微地震和强大的声波向周围传播。

在地下岩土中布置微地震传感器,实现微震数据的自动化采集、传输和处理,利用定位原理确定岩石破坏发生的位置,且在三维空间上显示出来,记录这些微地震波的到达时间、传播方向等信息,利用恰当的计算方法可以确定岩石破裂点,即震源的位置。

(如图1所示)微地震监测技术能够根据震源分析地震破裂尺度和性质。

煤矿冲击地压微震监测研究摘要:冲击地压是由于煤岩体内弹性变形能的突然释放而产生的一种以急剧，猛烈的破坏为特征的动力现象。

近年来，我国煤矿开采已逐渐进入深部开采，所以冲击地压问题也日益凸显。

冲击地压发生条件极为复杂，具有突发性，危害严重，所以在具体的工作中一定要加强对其管理。

本文就将对我国煤矿冲击地压微震的相关问题进行分析探讨。

关键词：煤矿；冲击地压；监测；措施现阶段，随着我国煤炭资源开采深度和开采强度的增加，矿井冲击地压等动力灾害日益加剧，严重地威胁着煤矿开采的安全。

冲击地压是矿山井巷和采场周围煤岩体在高应力作用下，由于变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力破坏现象，表现形式为大量煤岩体突然破碎抛向巷道，即出现岩爆现象。

冲击支护设备及附近工作人员，严重时会瞬间摧毁整个采场，对煤矿企业造成十分严重的损失，并可带来一系列矿井灾害，对冲击地压的防治重点是预测，如果可以获得准确的冲击提前预测，就可以提前做好各项应对措施，就可极大地减小冲击地压造成的危害。

目前，国内外预测方法大致有理论分析法以及现场实测法，来判断施工中有没有冲击可能性。

1、概述1.1、冲击地压的界定在煤矿工作的具体实施过程中，由于行业背景的差异，在我国水电交通隧道等行业将这种现象称之为岩爆，而在煤矿和冶金等采矿行业称之为冲击地压或矿震，全国科学技术名词审定委员会审定公布的3个术语的定义分别为：在煤矿工作的具体实施过程中，冲击地压是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出，巨响及气浪等现象，它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。

在煤矿工作的具体实施过程中岩爆是指地下工程开挖过程中由于应力释放出现围岩表面自行松弛破坏并喷射出来的现象。

在煤矿工作的具体实施过程中，矿震是指井巷或工作面周围煤岩体中突然在瞬间发生伴有巨响和冲击波的震动但不发生煤岩抛出的弹性变形能释放现象。

1.2、冲击地压的分类近年来，国内外学者从不同的角度提出了不同的冲击地压分类方法，比如在煤矿工作的具体实施过程中，按冲击地压发生位置可分为煤层冲击地压，顶板冲击地压和底板冲击地压；按冲击压力来源可分为重力型，构造型和重力构造型；按冲击能量大小可分为微冲击、弱冲击、中等冲击、强冲击和灾难性冲击类型等。