微震監測系統在大興煤礦的應用

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摘 要 為了更好更全面地了解大興煤礦礦震分布情況及分布規律，掌握采掘工作面微震事件發生情況及規律，根據微震事件發生的地點和頻率確定沖擊危險區域，結合鉆屑法、應力監測法、電磁輻射法等局部監測方法綜合分析采掘工作面沖擊危險性，為加強礦井的沖擊地壓防治工作，我礦引進了sos微震監測系統，應用此系統監測工作面周圍發生的震動事件，確定工作面周邊的危險區域，針對局部危險區域采取卸壓措施和加強支護措施，有效地防止了沖擊地壓的發生。

關鍵詞 微震監測 波速確定 大興煤礦

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）07-0082-03

1 SOS微震監測系統建設情況

大興煤礦的微震監測系統設備于2018年6月中旬安裝調試結束，在南二903工作面最先投入使用，之后在北二1203工作面、北二909工作面、南二906工作面、北二1205工作面、北二908工作面、南五1201工作面、北一401工作面投入使用，都取得良好預警效果，降低了工作面發生沖擊地壓的可能性。

2 大興煤礦SOS微震監測系統波速的確定

2.1 標定炮位置的確定

為確保SOS微震監測系統震源定位的精度，需標定放炮校準系統波速參數。

選定指定地點作為標定點，在標定點進行爆破作業，在南二903工作面放標定炮，確定波速并校驗SOS微震監測系統的定位精度。兩個定位炮的位置分別在南二903工作面的回風順槽13號鉆場和9號鉆場內。

2.2 標定炮信號記錄情況

SOS微震監測系統在這兩個時刻成功記錄到了兩個震動文件，分別為“2018-06-24 10.38.49 441.W”和“2018-06-24 11.54.55 855.W”，該區域一共安裝了8個拾震器，分別是1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#。SOS微震監測系統2018年6月24日10：38：49接收到一個震動信號。信號中1#、2#、3#、4#、5#通道信號最為清晰同時也對該預設放炮點形成了包圍。根據SOS微震監測系統定位原理對這5個清晰的波形進行P波首次到時標記，標記情況，5個通道在震動波形圖上到時標記結果為2394ms、2240ms、2280ms、2372ms、2432ms。P波首次到時標記結束后，用Multilok軟件調整波速參數進行震源定位。通過不同波速計算的震源位置與真實放炮位置進行對比從而確定最接近真實震源的波速作為最優波速參數。定位效果對比詳見表1。

通過對比，標定炮1下驗證的4100m/s 的波速從線性角度震源定位效果誤差相對較小。

第二個標定炮：SOS微震監測系統2018年6月24日11：54：55接收到一個震動信號。信號中1#、2#、3#、4#、5#通道信號最為清晰同時也對該預設放炮點形成了包圍。根據SOS微震監測系統定位原理對這5個清晰的波形進行P波首次到時標記，5個通道在震動波形圖上到時標記結果為7962ms、7852ms、7880ms、7990ms、8080ms。P波首次到時標記結束后，用Multilok軟件調整波速參數進行震源定位。通過不同波速計算的震源位置與真實放炮位置進行對比從而確定最接近真實震源的波速作為最優波速參數。定位效果對比詳見表2。

通過對比，以及綜合標定炮1所得出最佳波速4100 m/s在標定炮2中驗證的震源定位效果的誤差也相對較小。所以通過兩次放炮確定井下現有采掘范圍的最佳波速為4100m/s。

2.3 標定炮能量計算

依據微震震源能量求解原理，采用SOS微震監測系統計算的兩次標定炮的震源能量（按照驗證后的波速V=4100m/s為準）。

通過以上兩個震動的能量大小表明SOS微震監測系統求解的標定炮震源能量與裝藥量的關系，可見能量計算結果很好地吻合裝藥量的大小。兩次標定炮定位結果表明：大興煤礦SOS微震監測系統礦震信號質量良好，信號收集完整準時。通過標定炮對比驗證，大興煤礦SOS微震監測系統波速設定在4100m/s定位精度較高。震源定位誤差能控制在20m以內，系統定位精確完全能滿足礦井對重點監測區域的礦震定位精度要求。大興煤礦SOS微震監測系統波速在4100m/s時，計算的能量與裝藥量呈正相關性。說明波速參數的設置符合真實情況。

3 沖擊地壓預警指標的確定

礦震與煤礦采掘生產關系密切，在發生強礦震與沖擊礦壓之前，開采附近煤巖體內已經因回采發生破裂，并產生微震信號，它們是分析沖擊危險與研究沖擊地壓機理的重要信息源。

微震法評價沖擊礦壓危險的實質是觀測某個采掘工作面周圍微震參量（微震頻次、微震能量、震源分布和震動波速）在目前為止的水平上發生的變化，并確定由此引起的沖擊礦壓危險相對于到目前為止的沖擊礦壓危險上升和下降的程度。

根據沖擊危險性的界定，在掘進巷道中發生能量超過1E+04J的礦震說明在掘進過程中具有沖擊危險性;在采煤工作面中發生能量超過1E+05J的礦震說明在工作面回采過程中具有沖擊危險性。微震監測預警法確定采掘面沖擊礦壓危險狀況，主要是根據礦震能量等級：（1）震動能量的最大值Emax和大多數的震動能量值;（2）一定推進距釋放的微震能量總和（∑E）。同時，如果確定的沖擊礦壓的危險程度高，當上述參數降低后，沖擊礦壓危險性不能馬上解除，必須經過一個晝夜，或一個循環周轉后，逐級解除，一個晝夜最多只能降低一個等級。

4 微震監測系統在北二909工作面的應用

北二909工作面回采期間在北二909運順距離拉門口230m、700m處安設了一個拾震器，北二909回順距離拉門口480m安設了一個拾震器，北二12層軌道中巷直頭安設了一個拾震器，用于北二909工作面回采期間進行微震監測。

北二909工作面尾采期間受到地質構造的影響，工作面處于向斜軸部的軸線，應力集中程度較高，反應到微震監測系統上就是微震事件發生頻繁、地點較為集中，微震事件主要發生在北二9層軌道中巷附近及北二909回順區域，共發生微震事件38次，最大能量為3.52×104J。

針對發生的微震事件進行了研究和分析，制定了降低沖擊危險的防范措施，采取了補強支護和施工卸壓爆破孔的方式降低沖擊危險性，采取措施后微震事件發生的次數明顯減少，保證了工作面的安全回采。

5 結論

1.進行采掘工作面沖擊地壓防治時必須隨時掌握微震事件發生情況，根據微震事件發生的地點和頻率確定沖擊危險區域。

2.確定沖擊危險區域后要嚴格制定防范措施，保證措施真實有效。

3.微震監測系統作為區域監測，要同鉆屑法、應力監測法、電磁輻射法等局部監測方法相結合，綜合分析確定采掘工作面沖擊危險性。