冲击地压微震监测预警系统的应用研究
基于微震监测的5个指标及其在冲击地压预测中的应用_夏永学
of m icrose ism ic ev ents
计算 b 值的方法主要有线性最小二乘法和最大 似然法。
线性最小二乘法为
m
m
m
E E E M i lg N i - m M i lg N i
lgN ( \M ) = a - bM 式中, a、b 为与区域有关的经验常数。
/ G - R0关系是地震学的基本定律之一, 已广泛 应用于地震活动性、地震区域以及地震预测研究中。 大量研究表明: / G - R0关系不仅描述了大小地震的 比例, 其中的常数 b还能刻画震源区的应力及介质条 件。 Scho lz( 1968)认为, b 值主要代表着介质内部应 力水平的高低, 介质应力值越高, 在岩石断裂面的边 界上处于高水平的应力点所占的比重越大, 破裂前沿 变得更容易推进, 此时大破裂的比例也越大, b 值越 小 [ 14] 。 G ibow icz( 1973) 认为, b 值依赖于流变学和材 料的结构, 特别是依赖于缺陷的存在, b 值是介质控 制所积累的能量的释放能力 [ 15 ] 。岩石试块的声发射 实验研究表明, b 值的变化直接与应力 条件有关, 加 压初期 b值表现为上升, 亚临界裂纹扩展阶段转为下 降, 成核阶段下降加剧, 反映了岩石破裂加剧 [ 16- 18] 。
确且具有应用价值的危险预测指标。采用 R 值评分法对这 5个指标的预测效能进行了研究。实
践表明, 这 5个指标具有较高的灵敏性, 对冲击地压能够起到较好的预测效果。
关键词: 微震监测; 评价指标; 冲击地压; 预报效能
中图分类号: TD324. 2
微震监测技术在冲击地压矿井的应用
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。
煤矿冲击地压的微震监测的实例分析
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
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
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
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。
唐口矿井微震系统防治冲击地压应用研究
（ ａｇＯ ｏｌ ｎｎ ｏｐｒｔ ｎ Ｚｂ ｏｌ ｎｎ ｒｕ ｏｐｒｔ ｎＪ ｉｇ ７ １０Ｃ ｉａ Ｔ ｎｋ ＵＣ ａ Ｍｉ ｇＣ ｒｅａ ｏ ， ｉ Ｃ ａ Ｍｉ ｇＧ ｏｐＣ ｒｅａ ｏ ，ｉ ｎ ２ ０ ｈｎ ） ｉ ｉ ｏ ｉ ｉ ｎ ２
・收 稿 日期 ：０ ０— ７— ８ ２ １ ０ ２
垮落引起的微震 事件 。由于发生 地远 离工 作场所 ， 不 会对生命 、 财产 、 安全造成损害 ， 属非重要微震事件 。 （ ） 炮事 件。放 炮事 件是 由于普 掘 、 拓 或其 ２放 开
最先进 的微震 监 测系 统。Ａ Ａ ＳＭ／ Ｒ ＭＲ Ｅ微 震监 测 系
统 的 主要 功 能 是 对 全 矿 范 围 内 的微 震 事 件 进 行 监 测 ，
自动记 录微震 活动 ， 时进行 震源定 位和 微震 能量计 实
算， 为评价全矿范 围内的 冲击地压危险性提供 依据 ； 其
原理是利用各拾 震器 接收 到震动波 的时 间差 ， 特定 在 的波速场条件 下进行 定位 ， 以判定震源点位 置 ， 同时利 用震相持续时间计 算震 动释放 的能 量 ， 标 人采掘 工 并 程图和速报显示 给生产 指挥 系统 ， 以便及 时采取措施 。 ２ 微震 事 件分 类 通过积累的监测数据来看 ， 微震事件可分为 ４类 ： （） １ 采空区事件 。采 空区事件是 由老 空 区内顶 板
２１年 期 ０１ 第１
互瞧晨 技 纠ｌ
ｌ ７ ７
唐 口矿 井 微 震 系统 防 治 冲 击 地 压 应 用研 究
李 国营 ， 刘 虎
（ 淄博 矿 业集 团公 司 唐 口煤 业 公 司 ， 东 济 宁 ２ ２ ０ ） 山 ７ １０
微震监测系统预报冲击矿压的实践应用研究
１ 微 震监 测 系统 测 网的 布 置 原 则
微震监测 系统预测预报冲击矿压 ， 测网布置对震源精确定 位至关 重要 ，在实际应用 中需遵循以下原则 ： （ １）微震测点应布置在待测 区域周 围，采用全方位 、多层位布 点且数量要达到 足够 的监测密度。 （ ２）测站不 易布置在地质构造带 ，但要尽可能接近监测区域 ， 检波测量 探头应布置在底板岩层。 （ ３）测站安装位置应远离长期干扰源 ，例如 ：变 电所 ，车场 ， 泵站等。 （ ４）微震测网不仅要监测生产 区域 ，还要根据接替计划对未来 段 时 间 开采 区域 进 行 监 测 。
．
３ 结 论
（ １ ）Ｓ Ｏ Ｓ微震系统的应用提 高了煤矿开采中 ，人们对 冲击地压 灾害成因机理和灾害类型的认识 ，解决了困惑 十一矿的难题 ，明确 了 防治 目标 。 （ ２）Ｓ Ｏ Ｓ 微震系统通过分区预测预报和微震结合来预测高矿震危 险区将积累大量技术和理论资料 ， 将为以后冲击地压的防治提供方向。 （ ３）Ｓ Ｏ Ｓ微震 系统今后需进行 改进 、完善的方向 ：需迅速实现 系统的故 障语音报警和查询功能 ； 进一步加 大微震预测分析软件 的研 究 ，并使其具有可视化分析功能 。 参考文献： ［ １］窦林名 ，何学秋 冲击矿 压防治理论 与技 术 ［ Ｍ］ 徐 州： 中国 矿 业 大 学 出版社 ，２ ０ ０ １ ［ ２ ］ 李志华 ，窦林名 ，管向清，柳俊仓 ，巩 思园，等 矿震前 兆分 区监测方法及应用 ｌ １ １ ．煤炭 学报 ，２ ０ ０ ９（ ５） ：６ １ ４ — ６ １ ８ ｌ ３ ］ 牟 宗龙 ，窦林名，巩 思园，等． 矿 井 Ｓ Ｏ Ｓ微震监测网络优化 设计及震源定位误 差数值分析 ｛ Ｔ １ ． 煤矿开采 ， ２ ０ ０ ９ ［ ４ ］ 姜福兴，杨淑华 ，成云海，等 煤矿冲击地压的微地震监测研究 ［ Ｊ ］． 地球物理 学报 ，２ ０ ０ ６ ，４ ９（ ５） ：１ ５ １ １ — １ ５ １ ６ 作者简介 ： 路 广奇 （ １ ９ ８ ０ 一） ，男 ，毕 业 于 河 南理 工 大 学 安 全 工程 专业 ，助 理 工 程 师，现主要从事煤矿瓦斯技术 管理和冲击矿 压防治研究。 ２）计量 Ｔ ｖ 二次线是否太长 ，如是否有其他并联负载使之二次 负载过重等。 检查互感器的实际接线和变 比 １ ）检查 Ｔ ｖ接线 和变 比。对于ｊ相五柱式 Ｔ Ｖ，其联 接线在生产 厂家已完成 ，出错的机率极小 ，而且整体封闭在铁壳 内，除 了新安装 时需进行检查试验外 ， 在运行 中一般不必检查其接线和变比 ； 而对于 单相式 Ｔ Ｖ，相 间接线在现场进行 ，安装 、检修和运行 中都可能发生 改接线或错接 ，因而就有必要进行检查 ，以防错接而造 成相位和二次
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摘要：介绍了冲击矿压的基本原理、微震监测技术的原理，并且阐述了微震监测系统的架构以及功能性设计。
关键词：冲击矿压微震监测技术预警系统
中图分类号：td324.2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2014）09（b）-0031-01 随着中国经济形势的变化和煤炭资源的日益深入开采，造成了煤岩动力灾害不断加重。
针对于煤岩动力灾害，目前国内主要采用钻屑法、采动应力场的监控方法，车顶动态监测方法进行监测预警，但是以上手段在实际使用中都存在着监测范围小、精度低等劣势。
于是，矿上冲击矿压的微震监测技术的优越性就得到了很好地体现。
1 冲击地压预警技术的发展
冲击地压，又称岩爆，是指井巷或周围的岩石表面，能量瞬间释放产生的动力现象突然严重破坏突然剧烈破坏的动力现象。
实现冲击地压防治预测的首先是得益于微震）监测技术的出现。
在国外，它已使矿山微破裂发展的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿过程的一个有机组成部分，成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。
实现矿山动力灾害预测的可能性的另一个重要因素则是矿山整体结构应力场分析的大规模科学计算技术的发展。
大规模数值计算技术在国民经济建设中的作用，已普遍地为人们所共识。
2 微震监测基本原理
微震监测的基本原理是：岩体在变形破坏的整个过程中会伴随着裂纹的产生，扩展，能量积聚，以应力波的形式释放能量，从而产生微震事件。
微震和声波到达预先埋设多个实时微震数据采集??的地震检波器。
由于源和检测器之间的距离不同，则检测器的振动波的传播时间是不同的。
根据不同的时间差检测器，使用“复杂的定位技术”进行震源定位计算，得到微震发生的位置。
3 基于aramism_e微震监测系统的冲击地压监测技术
aramism_e微震监测系统的主要功能是对整个矿井的实时监控，微震事件自动记录，并微震源位置和能量计算的范围内发生的微震事件，分析主要危险区微震事件的日常规律，动态评估有关的区域影响危险性类别，指导煤矿冲击地压防治工作；摆脱危险的测试和优化相关技术参数，提高防碰撞系统和控制效率的影响。
系统自带的软件区别于其他同类产品不同的功能，是可以监测每个区域的风险，容易掌握的矿难动态范围压缩趋势的影响，进行实时评估影响的结果，一个地区一旦发现异常情况，可以采取更有针对性的解危措施，以防止意外或减少提供了宝贵的时间事故风险水平，大大提高矿山岩爆防治的效率。
aramism_e微震监测系统是实时监控的最基本的功能，记录的微震事件，并计算其坐标计算和能量。
在得到上述的基础上，结合实际需要，地质条件，开采技术等因素的因素，从不同角度对监测数据！采取不同的分析方法和手段，进一步做深入的分析，并在可能的冲击地压灾害的研究做出评价，指导现场岩爆防治。
4 微震监测系统架构设计
微震监测系统主要由检波测量探头、emr分站、和地面上位机等组成，系统采用带嵌入式信号传输模块的震动速度型矿震监测拾震器，独立的干线式数据传输系统，进行双向控制传输。
可实现拾震器工作状态的远程监控和调试。
emr分站信号采集部分主要包含天线、前置放大电路和a/d转换电路，前置放大器输出的信号经电平调整后进入a/d转换电路，电磁辐射信号由微弱的模拟信号转换成离散数字信号，这样便于电磁辐射数据的存储与处理。
通信部分采用现场总线方式，支持rs232、rs485、can和以太网等4种通信协议。
分站通过调整通信协议，可以作为安全监测监控系统中的一
个分站或者传感器，藉此矿上安全监测监控系统能够获得井下电磁辐射统计数据。
需要说明的是，现有安全监测监控系统由于挂接的分站和传感器数目较多且一般通信速率较低，如中国煤炭科工集团常州自动化研究院研制生产的kj95n型煤矿综合监控系统，最多支持128个分站，通信速率1200bps，所以电磁辐射实时波形数据一般情况下无法通过监测监控系统的网络传输，但可以通过该系统传输电磁辐射的统计数据，如，单位时间内的脉冲数、电磁辐射强度等。
深入研究与分析冲击地压演化过程中电磁辐射信号的变化规律又要求获取电磁辐射波形数据，因此结合实际情况，系统研制中，增加了便于更换且支持热插拔的大容量存储电路，用于保存电磁辐射信号的波形数据。
显示部分采用字符型液晶模块，可以显示系统参数、实时监测数据等。
在移动式监测应用中，需要对系统参数进行现场调整，人机交互通过薄膜按键和液晶显示电路实现，能够修改或设定系统的采样频率、监测通道、系统时间、触发门限等。
在线监测中，可以通过上位机发送相应指令来获取或修改这些参数。
5 微震监测系统的功能设计
（1）岩体震动信号采集、记录和分析。
（2）多组波形处理，矿震三维定位和能量计算。
（3）微分、滤波和频谱分析等，记录信号报警功能。
（4）采用网络时间同步技术ptp，可以使时钟同步精度达到亚微秒。
（5）采用光纤作为以太网的通信介质，每个实时数据采集子站，动态收集和缓存数据。
（6）使用ip技术的构成局域网，提高系统规模扩充性。
6 结论
根据目前冲击地压的发生机理，介绍微震监测基本原理基于aramism_e微震监测系统的冲击地压监测技术，设计了微震监测系统的架构以及其功能，实现对矿井微震的实时网络监控，实时分析和及时的信息，为煤矿安全生产，国家防灾提供更加科学的技术支持，为全国冲击地压灾害分析防治工作发挥重要作用。