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Coal Mining Technology︱352︱华东科技微震监测技术在煤矿井下的应用探讨微震监测技术在煤矿井下的应用探讨王付坤（天地（常州）自动化股份有限公司，江苏 常州 213000）【摘 要】随着科技的发展，微震监测技术经过近些年的发展已经逐步趋于成熟，在地下工程中取得了较为广泛的应用，特别是对于地下矿井中煤炭的生产提供了极大的安全保障。
文章首先详细介绍了微震监测技术的应用原理，并对微震监测技术在煤矿井下的发展应用进行了阐述，同时通过对高精度防爆微震监测系统在井下的测区布置、钻孔参数、检波器安装、监测系统标定、数据采集与处理进行阐述，详细地说明了整个系统在井下的运行情况。
微震监测系统已在多个煤矿取得了较好的应用效果，在一定程度上推动了煤炭安全、高效回采。
【关键词】煤矿；微震监测；应用；探讨引言微震监测技术是由声发射学和地震学发展而来，其基本原理为：地下岩石在受到人为因素或自然因素影响而产生变形或破坏时会产生微震，并发出声波，通过在发生岩石破裂区周围布置多个检波器，实时采集微震数据，数据经过处理后，利用震动定位原理，就可以确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。
微震监测技术是在观测、分析生产生活中发生的微小的地震事件的基础上，来监测其对生产生活的影响、效果及地下状态，微震监测技术为研究覆岩空间破裂形态和采动应力场的分布提供了一种很好的手段。
因此，有必要进一步对微震监测技术进行探讨研究，增强煤矿地下作业的安全性。
1 微震监测技术在煤矿井下的应用自1990年开始，微震监测系统在采矿安全领域的研究、应用十分活跃,世界上众多煤矿开始广泛应用。
我国微震监测技术在煤矿的应用始于1998年，山东煤田地质局从澳大利亚引进了微地震监测系统的有关硬件与软件, 并与澳大利亚联邦科学工业研究组织勘探采矿局( CSI RO )合作，于1998年10月20日至1999年2月10日，在兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿 4320工作面首次进行“两带”监测的试验研究，对该面垮落带、裂隙带进行监测, 为该矿确定防水或防砂煤柱的最佳高度提供了科学依据。
微地震监测技术矿山微地震监测技术共分为三类：第一类是矿井地震监测系统，用于监测矿震，特点是监测大震级破裂事件，定位精度500米左右，主要采用地震行业的技术和设备；第二类是分布式微地震监测系统，用于监测小型矿震，特点是可监测小震级破裂事件，定位精度50-100米左右。
一般适合采区尺度的震动监测。
第三类是高精度微地震监测系统，用于监测小震级冲击地压和岩层破裂，定位精度达到10米以内，适合采掘工程尺度。
微地震是一种小型的地震（mine tremor or microseismic）。
在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动，常常是不可避免的现象。
由开采诱发的地震活动，通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的那些地震事件(Cook，1976)。
开采坑道周围的总的应力状态．是开采引起的附加应力和岩体内的环境应力的总和。
岩爆是岩石猛烈的破裂，造成开采坑道的破坏(Cook，1976；Ortlepp，1984)，只有那些能够引起矿区附近的地区都受到破坏的地震事件才叫做冲击地压或煤爆、“岩爆”。
对地下开采诱发的地震活动性的研究表明，矿震不一定全都发生在开采的地点，且不同地区的最大震级也不相同，但矿震深度一般对应于开采挖掘的深度。
每年在一些矿区的地震台网能记录到几千个地震事件，只有几个是岩爆。
在由开采引起的地震事件的大的系列里，岩爆只是其中很小的一个分支。
对矿山地震、微地震及冲击地压的观测具有一致性，但应用到实际生产中必须区别对待。
第一个监测地震活动的台网，20年代末期建在上西里西亚(上西里西亚煤盆的德国一侧，现属于波兰)。
台网由四个子台组成，其中一个子台放在Rozbark煤矿的井下，装有Mainka水平向地震仪。
这个台网不断改进，坚持运转直到二战以后(Gibowicz，1963)，直到60年代中期，被安装在地表和地下的现代化地震台站代替。
在南非，于1939年设计并布设了五个机械式地震仪，在地面组成台阵，主要为矿震定位(Gane等，1946)。
井中微地震技术与应用陈泽东物探公司三大队摘要低渗透油田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，对于储层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。
我们通过掌握这项技术开拓了勘探面向开发的新领域，进一步认识到水力压裂的裂缝延伸的复杂性，明确了压裂裂缝的延伸情况，在指导油田开发中的井网部署、压裂优化设计、压裂后效果评估方面发挥关键作用。
关键词低渗透油气藏水力压裂井中微地震技术应用效果一、前言中国低渗透油气资源十分丰富，目前国内已探明低渗透油田（油藏）共有300个左右，地质储量40×108t,占全部探明储量的24.5%，广泛分布于全国勘探开发的20多个油区，其中储量在1×108t以上的就有11个油区。
因此，对已开发的低渗透油气田如何进一步提高开发效益，对于石油工业的发展有着十分重要的意义。
区块整体压裂改造技术作为低渗透油田高效开采的有效方法，在各个低渗透油田被广泛采用。
因此必须对区块整体压裂改造技术进行系统研究，以期对不同类型的低渗透油藏提出相应的开发模式，以提高开采效益与开发水平。
低渗透油田的水力裂缝特征决定了井网的部署、射孔的方位、压裂设计的优化等，对于储层改造起着指导性作用，直接影响着油田开发的好坏。
但是目前常用的各种测试方法由于受地貌条件、井斜及仪器位置的限制，使得测试结果可信度低。
因此采用目前国际上最先进的井下微地震裂缝测试技术对压裂过程中水力裂缝的特征进行监测与描述，对于提高裂缝测试水平、促进压裂工艺及开发技术进步意义重大。
二、井中微地震技术原理及特点井中微地震技术原理起源于天然地震的监测。
水力压裂井中，由于压力的变化，地层被强制压开一条大的裂缝，沿着这条主裂缝，能量不断的向地层中辐射，形成主裂缝周围地层的张裂或错动，这些张裂和错动可以向外辐射弹性波地震能量，包括压缩波和剪切波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，其频率通常从200Hz到2000Hz左右的范围内变化。
306井中微地震监测技术是目前研发的一种先进的施工技术，其主要的目的在于观测、分析在石油开采过程中所存在的微地震情况，从而可以全面的掌握生产活动的响应、效果以及地下状态。
1 井中微地震监测技术原理井中微地震监测的应用基础就是摩尔-库伦理论和断裂力学，还有其他的一些基础理论作为支持。
较之试井解释、成像侧井等多种技术手段来讲，井中微侧地震技术可以更加准确的获取裂缝监测的具体参数，并且经济效果更加的明显，当前我国的很多大型油田都开始应用该技术，取得了良好的效果。
2 施工选井原则及数据处理2.1 施工选井原则（1）监测井的中靶与压裂井的中靶之间的距离不能超过500m；（2）选井的过程中尽量选择内径124.26的套井，且不会存在任何的异常反应；（3）井体的整个部分倾斜度不能超过30°；（4）监测目的层的周边位置中的500m范围内不能同时进行注水等工作，1000m范围内不能实施钻井操作；（5）同井场的交叉作业的方式尽量避免出现；（6）如果井下流体影响作用较大，可以在检测孔上方部分的5~10 m 处打桥塞。
2.2 数据处理流程（见图 1）图1 数据处理流程图（1）从地震源的数据信息中可以分析出检波器的各个分量的方向；（2）根据压裂过程中所产生的较大能量情况，通过滤波来自动获取P 波、S 波初至；（3）利用 P 波的极化信息，P 波和 S 波的时差来最终确定微地震事件的具体位置；（4）人工方式对 P 波和 S 波的初至时间进行全面的精细化分析。
3 井中微地震监测技术的应用3.1 确定储层应力方向，了解地质情况水力压裂过程中所产生的裂缝会同时受到地层三个方向应力的制约，裂缝在延伸的方向中主要受到了应力主方向的平行，并且与最小应力垂直。
在实践应用的过程中，可以获取更加准确的微地震监测数据，从而可以更好的对整个产建区进行合理的布置，以达到最优化的设计效果。
3.2 储层压裂效果评价3.2.1 压裂效果评价某井自2011年投入开采生产中，经过了动态验证之后可以发现注水水淹，2016年7月对整个井进行了堵水定向射孔转向压裂改造措施，从而可以更好的恢复单井的产能指标。
水平井压裂裂缝监测的井下微地震技术引言自从1947 年在美国首次实施第一口井压裂以来，水力压裂作为油气增产的一项主要措施已被广泛应用于现代石油工业。
随着勘探开发的重心向“三低”油气藏转移，该项技术仍是不可缺少的增产手段，而经济有效的水力压裂应尽可能地让裂缝在储层中延伸，防止裂缝穿透水层和低压渗透层。
水力压裂过程中，压裂裂缝的实际空间展布是油藏工程师们急切关注的问题，同时也是压后效果评估重要的参考因素之一，因而准确的裂缝监测技术显得至关重要。
现场作业表明，水力压裂的效果往往不十分明显，有时由于穿透隔层而导致失败，造成油层压力体系破坏，影响油田的开发效果。
因此，研究裂缝扩展规律并采取有效措施控制裂缝的扩展形态，是提高压裂处理效果的基础。
从油田实践看，由于受监测手段的限制，对裂缝扩展规律的认识还十分有限。
井下微地震监测技术作为监测水力压裂裂缝扩展的最佳方法之一，被应用于油田现场服务，其结果的准确性被国内外广大油田工作者所认同。
1 井下微地震裂缝监测技术1.1 基本原理微地震压裂监测技术的主要依据是在水力压裂过程中，裂缝周围的薄弱层面的稳定性受到影响，发生剪切滑动，产生了类似于沿断层发生的“微地震”，微地震辐射出弹性波的频率相当高，一般处在声波的频率范围内。
这些弹性波信号可以用精密的传感器在施工井和邻井探测，并通过数据处理分析出有关震源的信息。
目前在施工井中接收信息的技术尚在进一步发展之中，而邻井监测技术已经发展成熟。
在压裂过程中，随着微地震在时间和空间上的产生，裂缝测试结果连续不断地更新，形成了一个裂缝延伸的“动态演示图”，该图得到裂缝方位和长度的平面视图，可直接得到裂缝的顶部和底部深度、裂缝两翼的长度以及裂缝的扩展方位。
施工井和观测井位于同一井区（图1），距离在有效监测距离之内。
压裂井压裂施工过程中，微地震信号通过地层传播，接收器接收微地震信号并传到地面监控处理设备。
在使用微地震裂缝监测技术过程中，施工井与观察井的距离在不同岩层各不相同（表1）。
微地震技术在地面井压裂监测中的应用刘畅;付军辉;孙海涛【摘要】利用微地震裂缝监测技术,测量压裂时注入到煤层中的压裂液所引起的地面微地震信号的变化来解释压裂裂缝参数.通过对成庄煤矿CZYC-10井和CZYC-11井压裂裂缝进行了监测得出,成庄矿该区域内压裂裂缝为近似水平裂缝,裂缝形状为不规则的椭圆形;压裂井的裂缝的长轴方位为北东70°～81°,压裂裂缝东西长轴全长216 ～221 m,南北轴裂缝全长157 ～177 m;现场实测到的裂隙形态、缝长和方位可为下一步布井、压裂方法设计等提供参考,为沁水煤田的煤层气开发管理提供参考.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5页(P40-43,48)【关键词】煤层气;微地震;裂缝长度;压裂试验;裂缝监测【作者】刘畅;付军辉;孙海涛【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD712随着煤层气的大面积开发，资源向着高压、低渗、松软储层的进军，压裂变得越来越重要。
压裂工艺技术的发展和对煤层气开发工作认识的不断深入，煤层气工程师也已充分认识到压裂不仅是认识煤层提高采收率的措施之一，而且还能为合理、经济地制订煤层气开发方案提供重要的参数。
因此，开展研究与测试压裂施工中的裂缝方位、范围等参数的工作也日趋紧迫。
地层人工裂缝监测方法有诸多，其中以微地震方法最为及时、直接、可靠。
井下微地震监测技术依靠其传输速率高、超低采样速率、过滤低频噪音、接收频率响应高、处于井底位置全方位感应纵、横波信号精确度高的特点，已成为国际上公认的最先进裂缝监测技术，它可以最直观、最准确地反映裂缝的缝长、缝宽、缝高、方位[1-3]，该方法在各油田得到了较广泛的应用。
微地震监测技术在此期间得到了较快的发展，是目前应用比较广泛的人工压裂裂缝测试手段。
煤矿安全监测中微地震技术的应用
图1 微地震技术基本原理示意图
器是这项检测进程中的重点部分。
最终检测结果显示，微地震手段在现实检测中能够充分定位矿层产出中断裂层及垮塌层的精准坐标，且能够充分展示出挖掘作业面周期、断裂层以及垮塌层的相关角度、应力场的散布方式等，同时，在应用微地震手段在对矿层产出展开探测进程中，它有着耗资低、成本少、精准度强等特征，因此，它在矿层挖掘行业中拥有较为宽泛的使用前景。
检测结果还表示不一样的矿层、不一样地理特征、不一样的挖掘手段所造成的微地震情况有着较大的区别，因此，在应用进程中，要按照相关特征对矿层展开区分，不要所有矿层在挖掘进程中都按照一样的步骤。
微地震技术用于冲击矿压预测
城市轨道交通接触网状态检测技术探讨。
GNT International Inc.微地震监测技术北京阳光杰科科技有限公司2012年6月⏹微地震技术三种数据采集方法⏹微地震数据处理⏹微地震解释与应用⏹微地震应用实例微地震监测技术是采集地下岩石破裂所产生的地震波，通过处理、解释以了解地下岩石破裂的位置、破裂程度、破裂的几何形态等的技术；可用于石油工业的压裂监测，以及矿山、大坝、地下结构等的长期监测•由客户数据建立速度模型•标定速度模型•事件可能发生区域的数据叠加•在叠加数据中搜寻裂缝事件•按时间和空间输出事件位置•地震检波器串•径向排列系统, 8-16 臂, 1000 道•灵活和快速的探测用于短期微地震震监测的灵活技术系统设计(平坦地形)系统设计(多山地形)用于调配的四轮摩托为直升机调配准备的地震检波器和电缆录音舱直升机调配用于系统部署的直升机•井筒中储层段放置10-50个3-C 地震检波器•采取初至处理•监测井距压裂井距小于200米•可用于观测多井压裂•用于标定地表系统在靠近作业井较近距离内，井下监测具有较高的精度井下系统探测装置准备井下系统3C 井下地震检波器•埋于100-300英尺（约30-90米）的3-C 检波器•每个排列配备80 –100个检波器•大面积覆盖•长期监测的最佳商业和技术选择用于长期和大范围监测的最具经济有效的方法进行中的浅孔钻探埋入式3C 地震检波器站埋入式3C 地震检波器站预备埋入的3C 地震检波器井下探测区域地表系统探测区域预警系统监测区域大面积油藏监测系统•井筒中靠近储层段放置10-20个3-C 地震检波器•采取初至处理•监测井距压裂井距小于200•可用于观测多井压裂•用于优化地表排列系统•地震检波器串•径向排列系统, 8-16 臂,1000 道•灵活和快速的探测用于短期微地震监测的灵活技术地面排列Typical WellNumber of Wells Monitored1Days of Data Recording2Total Frac Stages4 Average Hours per Stage2 Hours of Frac Data Processed8 (estimated) Depth of Imaging623 m Length of Horizontal Section(s)395 m Number of Geophone Channels801 Number of Arms in Array10 Length of Longest Arm in Array1350 m的3-C 检波器•每个排列配备80 –100个检波器•PSET®数据处理•大面积覆盖•长期监测的最佳商业和技术选择用于长期和大面积监测的最经济有效的方法布设原则：•约1000-2000m左右的圆环内。
第27卷第5期岩石力学与工程学报V ol.27 No.5 2008年5月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2008 微震监测技术在深井矿山中的应用杨志国1，于润沧2，郭然3，杨承祥4，汪令辉4(1. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2. 中国有色工程设计研究总院，北京 100038；3. 中国有色矿业集团有限公司，北京 100055；4. 铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿，安徽铜陵 2440312)摘要：冬瓜山铜矿是目前国内地下开采最深的金属矿山之一，岩石具有典型的岩爆倾向性。
为了掌握岩爆发生规律，评估其危险性，保证生产安全，2005年8月矿山安装了南非ISS公司的微震监测系统。
通过对现场定点爆破的测试，校验了系统的定位参数，实现了对采矿活动过程中围岩应力状态的实时监测。
简单介绍了冬瓜山微震监测系统的组成及网络布置，基于对2 a多微震事件数据的处理，研究了波形的分析方法，对比了手动处理与系统自动处理的定位精度；依据波形与生产活动的对应关系，对检测到事件的波形进行了分类研究，确保了事件的及时识别和分类保存。
基于量化的地震参数，特别是利用等值线、回归曲线和时间变化曲线与采矿活动的对应关系，重点分析研究了2006年8～10月3个月内发生在54#勘探线隔离矿柱的微震事件参数，对隔离矿柱内出矿巷道破坏机制进行了研究。
研究结果表明，发生破坏前岩体刚度先逐步增大然后又下降，应力水平先下降后又转而增大，微震事件活动率增加，累积视在体积急剧增大等，这为井下矿山巷道和矿柱破坏机制以及破坏的预报预测研究提供了一种新方法。
关键词：采矿工程；微震监测；深井开采；岩爆；波形分析；盘区隔离矿柱；视在体积中图分类号：TD 31 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)05–1066–08APPLICATION OF MICROSEISMIC MONITORING TO DEEP MINESYANG Zhiguo1，YU Runcang2，GUO Ran3，YANG Chengxiang4，WANG Linghui4(1. School of Civil and Environment Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing100083，China；2. China Nonferrous Engineering and Research Institute，Beijing100038，China；3. China Nonferrous Metal Mining(Group) Co.，Ltd.，Beijing，100055，China；4. Dongguashan Copper Mine，Tongling Nonferrous Metals Group Co.，Ltd.，Tongling，Anhui244031，China)Abstract：Dongguashan Copper Mine is one of the deepest metal mines in China presently，where the rocks are typically burst-prone. In order to better understand the regularities of rockburst occurrence，an ISS microseismic monitoring system manufactured in South Africa was installed in Dongguashan Copper Mine in August，2005. The positioning accuracy of the system has been adjusted according to the blasting test，by which the real-time monitoring stress state of rock mass corresponding to mining is realized. The composition and layout of the monitoring system in Dongguashan Copper Mine are briefly described. Based on analyzing the seismic events in the last two years，the process of different shapes of microseismic event waveforms has been studied. Comparative location results from automatic processing and artificial processing have also been made. In terms of the corresponding relations between recorded waveforms and practical mining，the event waveforms were assorted，which will ensure events timely being identified and stored according to their characteristics. Based on quantized收稿日期：2007–11–24；修回日期：2008–03–06基金项目：国家“十五”科技攻关课题(2004BA615A–04)；国家自然科学基金重大项目(50490274)作者简介：杨志国(1978–)，男，2003年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现为博士研究生，主要从事矿山开采方面的研究工作。
