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微震监测系统在朱集矿首采工作面安全生产中的应用

文档作者：刘超1，余国锋2，王龙3 文档来源： 1．西安科技大学能源学院 2．煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 3．大连理工大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2022年11月29日
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第48卷第5期
煤炭工程
COAL ENGINEERING V01．48．No．5
doi：10．1 1799／ce201605024
微震监测系统在朱集矿首采工作面安全
生产中的应用
刘超1，余国锋2，王龙3
(1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054；
2．煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，安徽淮南232001；
3．大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116024)
摘要：为了实现对朱集矿首采面回采期间顶板的安全有效管理，从ESG公司引进一套矿
山微震监测系统MMS(Microseismic Monitoring System)，采取现场工业性试验的方法，对工作面
上覆岩层的微震活动实施连续监测。结果表明：微震事件主要分布在顶板岩层中．煤层和底板事
期件性很；少首，采且面事覆件岩主的要裂位隙于主工要作分面布前区方间，为工⋯作8面40及其后方事件较少；微震事件的发生具有明显的周 800—一840m、⋯880 880m之间(距地表垂距)；次要分布区间为一 900m。以上试验结果为工作面覆岩动力灾害的预测及裂隙带的瓦斯抽采提
供了依据。
关键词：微震监测；动力灾害；首采工作面；覆岩；安全生产
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1671—0959(2016)05．0074．03
Application of microseismic monitoring in safe production
of the first mining face at Zhuji coal mine
LIU Cha01，YU Guo—fen92。WANG Lon93
(1．School of Energy，Xi’all University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；
2 National Engineering Research Center for Coal Gas Control，Huainan 232001，China；
3．School of Civil Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China)
Abstract：In order to realize the effective and safe management of first mining face during the mining period in Zhuji coal mine，
with field industrial test，the mieroseismic activity of overlying strata in working face is monitored continuously using MMS
introduced from ESG．The results show that the mieroseismic events mainly distributes in the roof stratum，other than in the coal
sealll and floor，furthermore，the events mainly locates in front of the working face more than the goaf；the occurrence of
mieroseismic events have obvious periodicity；the fracture of overlying strata in first mining face mainly distributes in the range of
一840～一880m．secondary distribution is about一800～一840m and一880一一900m．These results provide a reference for the
prediction of dynamic disasters and gas drainage of fracture zone for ovedying strata in the mining working face．
Keywords：microseismic monitoring；dynamic disasters；first mining face；overlying strata；safe production
统计发现，具有冲击危险性的煤层，通常有一层厚且
坚硬的顶板岩层，尤其地质构造发育的区域通常更易发生
冲击地压、煤与瓦斯突出及矿震等矿山动力灾害⋯。截止
74
收稿日期
基金项目
作者简介
引用格式：
到2011年底，我国发生冲击矿井数量已经超过120个㈨。
例如，2008年河南省义马千秋矿的“6·5”冲击地压事
故，致使近100m巷道瞬间隆起，造成重大的人员伤亡及财
2U15—03一04
国家自然科学基金资助项目(51304154)；安徽省自然科学基金面上资助项目(1408085MKL92)；陕西省博士
后科研资助项目(陕博管办[2013]10号-2-76)；西安科技大学博士后启动金(2014QDJ062)
刘超(1981一)，男，淮南信阳人，副教授，现在主要从事煤岩动力灾害致灾机理及防治方法方面的研
究，E—mail：liuchao一2001@163．eom。
刘超．余国锋，王龙．微震监测系统在朱集矿首采工作面安全生产中的应用[J]．煤炭工程，2016，48
(5)：74—76．
万方数据
2016年第5期煤炭工程
产损失[31。
目前，国内监测预警冲击地压的技术主要有微震法，
声发射法，钻屑法等[4’5]，其中微震监测技术应用较为广
泛，主要针对岩爆、冲击地压等进行监测预警分析[6]。但
是，微震监测技术对隧洞岩爆及矿井冲击地压预测的准确
性和稳定性有待提高。主要因为岩体自身性质及力学响应
特征相当复杂，以及微震信号所包含的大量信息没有充分
地被开发和利用[7]。因此，利用该技术获取到具体类型的
冲击地压微震监测信号．分析研究地压发生前后的特征，
提取前兆信息，有利于提高微震监测预警精度。
研究表明：顶底板岩层是影响煤层冲击地压的主要因
素之一【8】。由于顶板岩层的坚硬性。很容易集聚大量的弹
性能，在顶板断裂过程中，大量的弹性能突然释放，造成
强烈的震动并形成震源区域，导致顶板型冲击地压。因此，
有必要研究冲击地压微震监测信号特征及分布，这有助于
提高冲击地压监测精度。本文以朱集矿首采面为研究对象，
分析了该工作面的周期来压步距及裂隙发育区间发生规律。
1矿井及首采面地质概况
朱集矿位于淮南煤田东北部，是淮南矿业(集团)有限
责任公司在建的一座大型矿井，也是两淮地区乃至安徽省
典型的千米深井矿井。2010年2月17日，该矿1111(1)底
抽巷(埋深超过950m)发生动力现象(突出岩石3—5m3)。
由于正值迎头无工作人员，未造成人员伤亡。说明该矿已
进入具有动力冲击危险的区域进行开采。
111l(1)工作面是朱集矿首采工作面，走向长1879m，
倾向长230m。所采煤层为1l一2煤，平均煤厚1．37m。煤
层平均倾角3．50。煤层结构简单。瓦斯含量为3．7m3／t，煤
的坚固系数为0．6～0．8。
2微震监测系统建立
井下煤岩体是一种应力介质．当其受力变形破坏时，
将伴随着能量的释放过程，微震是这种释放过程的物理效
应之一，即煤岩体在受力破坏过程中以较低频率震动波的
形式释放变形能所产生的震动效应。微震现象在主要有以
下特征：①在受力过程中由煤岩体主动产生；②属于释放
变形能过程；③具有波动性质；④属于随机瞬态过程，即
事件间隔是随机的．且每个事件都有自己的波形和频谱；
⑤具有不可逆性。即重复加载时若应力不超过卸载以前的
最大值，则不会产生这类现象。
微震监测系统能够对全矿范围微震现象进行监测，是
一种区域性、及时监测手段。相比于其他传统监测手段，
该系统具有远距离、动态、三维、实时监测的特点，还可
以根据震源情况确定破裂尺度和性质，为评价全矿范围内
的冲击地压危险提供依据c9,10]。
为了对朱集矿首采面回采期间实现安全有效的管理，
从ESG公司引进一套矿山微震监测系统MMS(Microseismic
Monitoring System)，对工作面上覆岩层的微震活动实施连
续监测。因此，在充分考虑回采方案和施工难易程度后，
将6通道传感器安装在如下区域：首采面的运输巷(3个)、
轨道巷(3个)内。考虑到传感器的灵敏度，传感器之间的
距离平均在50m，在空间上形成一个较均衡的分布状态。
从结构上来说，该微震系统包括井下和井上两个部分。
井下的设备包括：传感器、连接传感器和Paladin系统的电
缆、Paladin系统、连接Paladin系统和主机数据处理系统的
光缆、终端盒及收发器；井上的设备包括：收发器、交换
机、主机数据处理系统，如图l所示。
图1 首采面微震系统网络连接图
3微震活动规律分析
采动影响下，煤岩能量积聚到某一临界值之后，引起
微裂隙的产生和扩展。同时伴随有弹性波或应力波在周围
岩体快速释放和传播。对微震信号进行收集、分析、处理，
可以定位事件在三维空间中的位置、判断能量大小、事件
震级等。
3．1周期来压步距测试
通过系统一定时期(2010年9月1日m11月22日)的
监测数据可以看出：微震事件的频次和周期来压关系密切，
在一定程度上能够反映周期来压的情况。经过测量：周期
来压步距在16m左右．大部分比较规律，小部分步距规律
不太明显。
3．2裂隙发育区间测试
从工作面18m左右开始至工作面内105m范围内事件
频发，微震定位事件较多，说明该区域岩体裂隙发育较多、
扩展活跃，如图2所示。
图2覆岩微震事件分布
万方数据
煤炭工程2016年第5期
其中⋯经7过00统计：微震事件主要分布⋯800 1200m的之间。 ⋯800 900m1区00间0m事之件间占事5件8％频左次右占。事尤件其总是数⋯的89400％左右． 880m
区分间布内区微间震为事⋯件84最0 为集中。因此，首采面覆岩的裂隙主要 880之间：次要分布区间为一800～ 一840m、⋯880 900m。⋯800 ⋯800 900m之间事件频次分布及 900m之间事件频次比例分布如图3、图4所示。
6(
5(
≤4‘
萋，c
赫2(
1(
(
．800 ．820 ．840 ．860 —880
标高，m
图3 ⋯800 900m之间事件频次分布
4结论
1)微震事件主要分布在顶板岩层中，煤层和底板事件
很少，且事件主要位于工作面前方，工作面后方事件较少。
2)微震活动与开采活动密切相关。微震事件的发生具
有明显的周期性．每隔5—6d会出现一次微震事件的高发
期，比周期来压一般早1～2d，采用这一微震活动性特征，
可以实现对工作面周期来压的预测。
3)首采面覆岩的裂隙主要分布区间为一840～-880m之
间；次要分布区间为-800一-840m、-880一-900m，这就有
可能为覆岩裂隙带的瓦斯抽采提供依据。
参考文献：
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(责任编辑郭继圣)
世厣妒护矿峥厨矿矿崞厣护崞厣护矿哮厨崞厣、∥、护晕席乜席龟庐、—督犁席母席毡庐、∥孰—商峥席b卢沁—、—乱攀稼b，瘫沁—瓢8户岬席b芦k，癌k—、—舒峥席b厣、号—、—龟掣赢毡厣k—、—氪s，寄
(上接第73页)
斯抽放量达到79．2m3／min。工作面瓦斯浓度稳定在0．32％
～0．42％，上隅角瓦斯浓度稳定在0．62％～0．76％。回风流
瓦斯浓度稳定在0．48％～0．58％。
4)该矿区瓦斯覆存条件复杂。尤其在首分层开采期
间．多类来源的瓦斯集中涌出，单一的某种抽采方法并不
能完全消除瓦斯隐患；依据覆存条件，针对瓦斯不同来源，
建立立体网格式瓦斯抽采体系，并利用现有的人员、装备、
经费有效解决了瓦斯超限问题。
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(责任编辑郭继圣)
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