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微震監(jiān)測系統(tǒng)在朱集礦首采工作面安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

文檔作者：劉超1，余國鋒2，王龍3 文檔來源： 1．西安科技大學(xué)能源學(xué)院 2．煤礦瓦斯治理國家工程研究中心 3．大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 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
微震監(jiān)測系統(tǒng)在朱集礦首采工作面安全
生產(chǎn)中的應(yīng)用
劉超1，余國鋒2，王龍3
(1．西安科技大學(xué)能源學(xué)院，陜西西安710054；
2．煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，安徽淮南232001；
3．大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧大連116024)
摘要：為了實現(xiàn)對朱集礦首采面回采期間頂板的安全有效管理，從ESG公司引進(jìn)一套礦
山微震監(jiān)測系統(tǒng)MMS(Microseismic Monitoring System)，采取現(xiàn)場工業(yè)性試驗的方法，對工作面
上覆巖層的微震活動實施連續(xù)監(jiān)測。結(jié)果表明：微震事件主要分布在頂板巖層中．煤層和底板事
期件性很；少首，采且面事覆件巖主的要裂位隙于主工要作分面布前區(qū)方間，為工?作8面40及其后方事件較少；微震事件的發(fā)生具有明顯的周 800—一840m、?880 880m之間(距地表垂距)；次要分布區(qū)間為一 900m。以上試驗結(jié)果為工作面覆巖動力災(zāi)害的預(yù)測及裂隙帶的瓦斯抽采提
供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：微震監(jiān)測；動力災(zāi)害；首采工作面；覆巖；安全生產(chǎn)
中圖分類號：TD324 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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
統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，具有沖擊危險性的煤層，通常有一層厚且
堅硬的頂板巖層，尤其地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域通常更易發(fā)生
沖擊地壓、煤與瓦斯突出及礦震等礦山動力災(zāi)害?。截止
74
收稿日期
基金項目
作者簡介
引用格式：
到2011年底，我國發(fā)生沖擊礦井?dāng)?shù)量已經(jīng)超過120個㈨。
例如，2008年河南省義馬千秋礦的“6·5”沖擊地壓事
故，致使近100m巷道瞬間隆起，造成重大的人員傷亡及財
2U15—03一04
國家自然科學(xué)基金資助項目(51304154)；安徽省自然科學(xué)基金面上資助項目(1408085MKL92)；陜西省博士
后科研資助項目(陜博管辦[2013]10號-2-76)；西安科技大學(xué)博士后啟動金(2014QDJ062)
劉超(1981一)，男，淮南信陽人，副教授，現(xiàn)在主要從事煤巖動力災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理及防治方法方面的研
究，E—mail：liuchao一2001@163．eom。
劉超．余國鋒，王龍．微震監(jiān)測系統(tǒng)在朱集礦首采工作面安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]．煤炭工程，2016，48
(5)：74—76．
萬方數(shù)據(jù)
2016年第5期煤炭工程
產(chǎn)損失[31。
目前，國內(nèi)監(jiān)測預(yù)警沖擊地壓的技術(shù)主要有微震法，
聲發(fā)射法，鉆屑法等[4’5]，其中微震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用較為廣
泛，主要針對巖爆、沖擊地壓等進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警分析[6]。但
是，微震監(jiān)測技術(shù)對隧洞巖爆及礦井沖擊地壓預(yù)測的準(zhǔn)確
性和穩(wěn)定性有待提高。主要因為巖體自身性質(zhì)及力學(xué)響應(yīng)
特征相當(dāng)復(fù)雜，以及微震信號所包含的大量信息沒有充分
地被開發(fā)和利用[7]。因此，利用該技術(shù)獲取到具體類型的
沖擊地壓微震監(jiān)測信號．分析研究地壓發(fā)生前后的特征，
提取前兆信息，有利于提高微震監(jiān)測預(yù)警精度。
研究表明：頂?shù)装鍘r層是影響煤層沖擊地壓的主要因
素之一【8】。由于頂板巖層的堅硬性。很容易集聚大量的彈
性能，在頂板斷裂過程中，大量的彈性能突然釋放，造成
強(qiáng)烈的震動并形成震源區(qū)域，導(dǎo)致頂板型沖擊地壓。因此，
有必要研究沖擊地壓微震監(jiān)測信號特征及分布，這有助于
提高沖擊地壓監(jiān)測精度。本文以朱集礦首采面為研究對象，
分析了該工作面的周期來壓步距及裂隙發(fā)育區(qū)間發(fā)生規(guī)律。
1礦井及首采面地質(zhì)概況
朱集礦位于淮南煤田東北部，是淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限
責(zé)任公司在建的一座大型礦井，也是兩淮地區(qū)乃至安徽省
典型的千米深井礦井。2010年2月17日，該礦1111(1)底
抽巷(埋深超過950m)發(fā)生動力現(xiàn)象(突出巖石3—5m3)。
由于正值迎頭無工作人員，未造成人員傷亡。說明該礦已
進(jìn)入具有動力沖擊危險的區(qū)域進(jìn)行開采。
111l(1)工作面是朱集礦首采工作面，走向長1879m，
傾向長230m。所采煤層為1l一2煤，平均煤厚1．37m。煤
層平均傾角3．50。煤層結(jié)構(gòu)簡單。瓦斯含量為3．7m3／t，煤
的堅固系數(shù)為0．6～0．8。
2微震監(jiān)測系統(tǒng)建立
井下煤巖體是一種應(yīng)力介質(zhì)．當(dāng)其受力變形破壞時，
將伴隨著能量的釋放過程，微震是這種釋放過程的物理效
應(yīng)之一，即煤巖體在受力破壞過程中以較低頻率震動波的
形式釋放變形能所產(chǎn)生的震動效應(yīng)。微震現(xiàn)象在主要有以
下特征：①在受力過程中由煤巖體主動產(chǎn)生；②屬于釋放
變形能過程；③具有波動性質(zhì)；④屬于隨機(jī)瞬態(tài)過程，即
事件間隔是隨機(jī)的．且每個事件都有自己的波形和頻譜；
⑤具有不可逆性。即重復(fù)加載時若應(yīng)力不超過卸載以前的
最大值，則不會產(chǎn)生這類現(xiàn)象。
微震監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)θV范圍微震現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，是
一種區(qū)域性、及時監(jiān)測手段。相比于其他傳統(tǒng)監(jiān)測手段，
該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離、動態(tài)、三維、實時監(jiān)測的特點，還可
以根據(jù)震源情況確定破裂尺度和性質(zhì)，為評價全礦范圍內(nèi)
的沖擊地壓危險提供依據(jù)c9,10]。
為了對朱集礦首采面回采期間實現(xiàn)安全有效的管理，
從ESG公司引進(jìn)一套礦山微震監(jiān)測系統(tǒng)MMS(Microseismic
Monitoring System)，對工作面上覆巖層的微震活動實施連
續(xù)監(jiān)測。因此，在充分考慮回采方案和施工難易程度后，
將6通道傳感器安裝在如下區(qū)域：首采面的運輸巷(3個)、
軌道巷(3個)內(nèi)?？紤]到傳感器的靈敏度，傳感器之間的
距離平均在50m，在空間上形成一個較均衡的分布狀態(tài)。
從結(jié)構(gòu)上來說，該微震系統(tǒng)包括井下和井上兩個部分。
井下的設(shè)備包括：傳感器、連接傳感器和Paladin系統(tǒng)的電
纜、Paladin系統(tǒng)、連接Paladin系統(tǒng)和主機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的
光纜、終端盒及收發(fā)器；井上的設(shè)備包括：收發(fā)器、交換
機(jī)、主機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖l所示。
圖1 首采面微震系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接圖
3微震活動規(guī)律分析
采動影響下，煤巖能量積聚到某一臨界值之后，引起
微裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展。同時伴隨有彈性波或應(yīng)力波在周圍
巖體快速釋放和傳播。對微震信號進(jìn)行收集、分析、處理，
可以定位事件在三維空間中的位置、判斷能量大小、事件
震級等。
3．1周期來壓步距測試
通過系統(tǒng)一定時期(2010年9月1日m11月22日)的
監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出：微震事件的頻次和周期來壓關(guān)系密切，
在一定程度上能夠反映周期來壓的情況。經(jīng)過測量：周期
來壓步距在16m左右．大部分比較規(guī)律，小部分步距規(guī)律
不太明顯。
3．2裂隙發(fā)育區(qū)間測試
從工作面18m左右開始至工作面內(nèi)105m范圍內(nèi)事件
頻發(fā)，微震定位事件較多，說明該區(qū)域巖體裂隙發(fā)育較多、
擴(kuò)展活躍，如圖2所示。
圖2覆巖微震事件分布
萬方數(shù)據(jù)
煤炭工程2016年第5期
其中?經(jīng)7過00統(tǒng)計：微震事件主要分布?800 1200m的之間。 ?800 900m1區(qū)00間0m事之件間占事5件8％頻左次右占。事尤件其總是數(shù)?的89400％左右． 880m
區(qū)分間布內(nèi)區(qū)微間震為事?件84最0 為集中。因此，首采面覆巖的裂隙主要 880之間：次要分布區(qū)間為一800～ 一840m、?880 900m。?800 ?800 900m之間事件頻次分布及 900m之間事件頻次比例分布如圖3、圖4所示。
6(
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萋，c
赫2(
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．800 ．820 ．840 ．860 —880
標(biāo)高，m
圖3 ?800 900m之間事件頻次分布
4結(jié)論
1)微震事件主要分布在頂板巖層中，煤層和底板事件
很少，且事件主要位于工作面前方，工作面后方事件較少。
2)微震活動與開采活動密切相關(guān)。微震事件的發(fā)生具
有明顯的周期性．每隔5—6d會出現(xiàn)一次微震事件的高發(fā)
期，比周期來壓一般早1～2d，采用這一微震活動性特征，
可以實現(xiàn)對工作面周期來壓的預(yù)測。
3)首采面覆巖的裂隙主要分布區(qū)間為一840～-880m之
間；次要分布區(qū)間為-800一-840m、-880一-900m，這就有
可能為覆巖裂隙帶的瓦斯抽采提供依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
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(責(zé)任編輯郭繼圣)
世厴妒護(hù)礦崢廚礦礦崞厴護(hù)崞厴護(hù)礦哮廚崞厴、∥、護(hù)暈席乜席龜廬、—督犁席母席氈廬、∥孰—商崢席b盧沁—、—亂攀稼b，癱沁—瓢8戶岬席b蘆k，癌k—、—舒崢席b厴、號—、—龜掣贏氈厴k—、—氪s，寄
(上接第73頁)
斯抽放量達(dá)到79．2m3／min。工作面瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0．32％
～0．42％，上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0．62％～0．76％?；仫L(fēng)流
瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0．48％～0．58％。
4)該礦區(qū)瓦斯覆存條件復(fù)雜。尤其在首分層開采期
間．多類來源的瓦斯集中涌出，單一的某種抽采方法并不
能完全消除瓦斯隱患；依據(jù)覆存條件，針對瓦斯不同來源，
建立立體網(wǎng)格式瓦斯抽采體系，并利用現(xiàn)有的人員、裝備、
經(jīng)費有效解決了瓦斯超限問題。
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(責(zé)任編輯郭繼圣)
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