煤矿冲击地压的微地震监测研究
关于煤矿冲击地压防治技术的研究与应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2020年7月中 125关于煤矿冲击地压防治技术的研究与应用李志辉开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司 河北 唐山 063108摘 要 社会经济的飞速发展提高了对煤矿资源的需求量，使得煤矿开采的规模与深度不断提升，由此直接导致煤矿冲击地压灾害的发生，这便给煤矿开采过程带来了严重的安全隐患，情节严重的甚至引发煤矿安全事故，造成重大的人员伤亡与经济损失。
所以，对煤矿冲击地压防治技术进行详细的研究分析迫在眉睫。
关键词 煤矿冲击地压；原因；理论；防治技术；应用1 煤矿冲击地压的基本概述冲击地压，其实质就是煤矿开采区周围的煤岩体，在力学平衡状态被破坏的情况下受弹性变形能量瞬间释放的影响，产生的一种具有突发性的剧烈破坏动力现象。
冲击地压也就是矿山压力的特殊体现方式，实际显现情况具有明显的特征性，如冲击力强，弹射面积广，同时具有冲击波，弹性振动等情况，会造成煤岩体的瞬间抛出，同时并伴有巨大声响以及气浪现象等等。
加强煤矿冲击地压防治技术的研究工作具有非常重要的现实意义[1]。
2 引发冲击地压现象的主要原因与相关理论（1）主要原因。
引发煤矿冲击地压地质灾害的原因较多，但是总体上可分为内在原因与外在原因。
内在原因：煤岩体每层之间都具有一定的冲击力，在开采活动中，开采作业面上的岩体会出现活动现象，而煤层原有的应力状态则相对集中；加上煤层本身的物理属性所影响，由此导致冲击地压现象的发生。
外在原因方面：在煤矿开采过程中，作业面的影响较大，使得煤体的应力过于集中；或者煤柱的实际尺寸较大，导致煤岩体内部应力高度集中；以及开采施工的周期压强较大；开采频率过高；工作面推进过快等等原因，都会引发煤矿冲击地压现象的发生。
（2）相关理论。
①强度理论方面：采场的周边如果应力过度集中，则会使得煤岩体实际所承受的压力处于最大值，当岩体被破坏时，则直接引发冲击地压现象的发生。
第9章 冲击地压及其监测
冲击地压（岩爆）通常会瞬间造成采掘空间垮塌，冒顶，底鼓等对矿山安全开采造成极大的危害。
随着煤炭资源开采逐渐转向深部，冲击地压发生的频次和烈度也显著增大，因此预防冲击地压对巷道围岩稳定性的破坏已成为矿产资源开采过程中一个急需解决的最关键、最棘手的问题。
本章在对冲击地压特征和分类进行描述的基础上，介绍了冲击地压发生的机理、监测方法和预防策略。
冲击地压及其监测§9.1 概述§9.2 冲击地压的特征及其分类9.2.1冲击地压的特征9.2.2 冲击地压的分类§9.3 冲击地压发生的机理9.3.1冲击地压发生的原因及实现的条件9.3.2 冲击地压影响因素9.3.3 冲击地压发生理论 §9.4 冲击地压的监测方法 9.4.1 开采判定法 9.4.2 钻屑法 9.4.3 地球物理法 §9.5 冲击地压的预防 9.5.1 区域性预防 9.5.2 局部性预防冲击地压是世界范围内煤矿开采中最严重的自然灾害之一，它以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩体变形能，抛出煤岩体，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员，并产生巨大的响声和岩体震动。
岩体震动时间从几秒到几十秒，抛出的煤岩体从几吨到几百吨。
国际上主要井工开采的国家冲击地压都十分普遍，1783年英国在世界上首先报导了煤矿中所发生的冲击地压现象。
以后在前苏联、南非、德国、美国、加拿大、波兰、英国等20多个国家和地区均受到冲击地压灾害的威胁。
前苏联首次发生冲击地压是在20世纪40年代的基泽尔煤田，20世纪80年代前194个矿井的847个煤层有冲击危险性，并发生了750次有严重后果的冲击地压。
波兰全国67个煤矿中有36个煤矿的煤层具有冲击危险性，1949年~1982年，共发生破坏性冲击地压3097次。
德国1949年~1978年，共发生破坏性冲击地压1001次。
因此。
国际上对冲击地压的研究给予了极大的关注。
我国最早记录的冲击地压于1933年发生在抚顺胜利煤矿，随后，在北京矿务局的门第 九 章头沟、房山、城子、大沟峪、大台、木城涧等6个煤矿；开滦矿务局的唐山矿；抚顺的龙凤、老虎台矿；南桐的砚石台、南桐矿；枣庄的陶庄、八一、柴里等矿井；大同忻州窑、煤峪口、永定庄等矿井；沈阳中心台矿；北票台吉矿；阜新高德、五龙矿；通化铁厂矿等地方煤矿都发生过严重的冲击地压。
煤矿冲击地压监测系统
煤矿冲击地压监测系统1 国外冲击地压监测发展状况煤矿冲击地压发生的原因极其复杂，影响因素较多，灾害严重，无疑是一个困扰绝大多数国家并且没有有效的解决办法的共同问题。
1738年，英国首次报道了冲击地压的影响，并且在此后许多国家相继遭受了冲击地压给煤矿产业及人们带来的不同程度的危害，全世界包含中国在内的30多个多家的矿区均发生过不同程度的冲击地压，其中，遭受灾害的在德国和波兰发生的频率最高，破坏程度最严重。
截止2017年，波兰冲击地压的监测系统主要有如下几种，矿井采用微震监测系统，矿监控系统的使用原则是，只要能正常工作，就要使用该设备。
地面声发射监测系统是近年来由EMAG研究中心开发的一种新的监测系统。
它用于监测工作面周围岩石层的断裂。
目前，该系统正处于试验阶段，通过二十五年来不断的坚持研究，最终确定了一系列监测系统，同时也模拟起草了多部有关规定及防范监测措施，并在大量的实践中取得了优越的防治效果，从根本上成功的预防并减少了冲击地压给矿产业带来的危害。
1951年以来，苏联地质力学和岩体测量机构与其他矿业相关研究单位联手解决有冲击地压带来的灾害问题，通过二十五年来不断的坚持研究，最终确定了一系列监测系统，同时也模拟起草了多部有关规定及防范监测措施，并在大量的实践中取得了优越的防治效果，从根本上成功的预防并减少了冲击地压给矿产业带来的危害。
1955到1977年间危险矿山的数量从八增加到36，而年度冲击的数量从83下降到7，然后下降到1980以后的5和6倍。
在前苏联，岩爆的频率比煤矿小得多。
主要形式是岩石喷射、振动和微冲击。
在德国，煤层顶板的冲击压力主要是550m的岩层表面，所以，顶部岩石层将是冲击地压受影响最为严重的一部分，德国研制的煤粉钻屑法等方法具有较高的国际威望。
2 研究目的和意义随着我国矿山开采速度的迅速增加，灾害呈现程度越来越严重、范围越来越大的趋势，近几年来因岩爆造成的伤亡人数剧增，有些矿井一次冲击摧毁巷道长度达到500米以上，因此冲击地压监测已经成为很多煤矿生产的最薄弱环节，冲击何时来、发生冲突后导致什么后果，是目前矿井面临的主要问题，促进了人们对冲击地压状态监测的研究。
冲击地压监测系统(2)
防爆电源 主机
（光纤解调仪）
24芯光缆
12 34 传感器
6.3 ~ 9.5 少量片帮，Ⅰ级，弱冲击
Prb
ci t
Ue U0
9.5
14
~ 14 ~ 19
严重片帮，Ⅱ级，中等冲击爆 需要型支护，Ⅲ级，强烈冲击
19
严重破坏，Ⅳ级，极强冲击
冲击级别
无冲击
5 掘进工作面KJ649应力监测系统
该系统主要应用于矿井沿空小煤柱掘巷、构造应力区等高冲击危险掘进巷 道，对迎头后部200m区域内煤体应力状况进行监测。
KJ649系统实时监测效果图
KJ649系统功能
掘进工作面KJ649应力监测系统布置 沿空巷道迎头后实体下帮侧200m范围内，组间距25m；实体巷道迎头后部
冲击地压危险判据
二、局部监测 1.高精度KJ551微震监测系统
该系统主要对回采工作面震动信号的即时、连续、自动监测，能够准确计算出能量大于 100焦耳的震动发生的时间、能量及三维坐标，监测采场围岩三维破裂特征，确定出断裂层位。
KJ551微震系统实时监测效果图
KJ551微震系统功能
KJ551微震监测系统
4 回采工作面KJ550应力监测系统
该系统用于回采工作面超前300m范围内煤体应力状况实时监测。
KJ550系统实时监测效果图
KJ550系统功能
回采工作面KJ550应力监测系统布置
应力计测站间距25m，随工作面开采随撤随安装，保证不少于12组运行； 每组测站布置2个测点，孔深为13m和8m，间距2m。
矿井
数据实时分析，预警提醒
集团
各矿信息集中展示，全局掌控
远程数据分析
疑难问题，远程专家服务
不规则停采线煤柱高应力下大采高工作面末采期间冲击地压监测分析研究
1202023年11月下 第22期 总第418期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science & Technology Overview收稿日期：2023-04-20作者简介：齐建峰（1988—），男，河南义马人，工程师，研究方向：矿山地质灾害防治。
不规则停采线煤柱高应力下大采高工作面末采期间冲击地压监测分析研究齐建峰（鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）摘 要：目前，我国正大力倡导和发展清洁能源，但在未来很长一段时间内，煤炭依旧是不可或缺的能源之一。
随着矿井各项灾害已日益制约煤矿安全开采，除常见的煤矿五大灾害外，煤矿冲击地压灾害毅然成为安全生产的又一重大灾害。
对冲击地压的认知不油气、地矿、电力设备管理与技术China Science & Technology Overview30208工作面回采至今的大能量级别事件进行归纳统计，如表1所示。
由表1可以看出，2022年共出现6次大能量事件，其中1月份的2次大能量事件距回撤通道110m左右，2月份出现的4次大能量事件均出现在主辅回撤通道区域。
（1）在初采期间出现少量的1.0E+03J级别的微震事件，并且多集中分布在煤层顶板岩层由薄变厚的区域；在工作面“见方”区域出现少量的1.0E+03J级别的微震事件主要集中分布在煤层顶板岩层由厚变薄的区域及构件主要集中分布在煤层顶板岩层由薄变厚的区域。
（2）在腰巷附近的1.0E+03J级别微震事件逐渐增多，并且集中分布在煤层顶板岩层由厚变薄的区域。
（3）在工作面末采阶段的1.0E+03J级别微震事件出现陡增趋势，该阶段的微震事件主要集中分布在巨厚的砂岩层区域。
通过以上分析可以看出，30208工作面的1.0E+03J 级别微震事件分布与岩层厚度变化有关，同时在岩层由薄变厚的区域3次微震事件分布更为集中。
2.2 30208工作面末采期间微震能量、频次走向及倾向分布为进一步分析工作面在末采阶段微震走向及倾向的分布特征，分别按照不同时间区段对微震事件借助固定工作面的方法进行分布讨论分析。
煤矿微震监测技术原理
煤矿微震监测技术原理煤矿微震事件产生机制涉及煤层破裂、断层滑动、岩层移动等地质现象。
在煤炭开采过程中，由于采动工作面的矿岩变形和破裂，局部能量会积聚并释放出来，形成微震事件。
这些微震事件会伴随着地震波的传播，通过地下和地表的介质传递给监测设备。
煤矿微震事件的传播规律是指地震波在地下介质中传播的规律。
地震波的传播速度和路径受到地下介质的物理性质和岩层结构的影响。
煤矿地质构造中可能存在的断层和破碎带会对地震波的传播产生显著影响。
通过对微震事件的监测和分析，可以对煤层的断层滑移等地质灾害进行预警和预测。
煤矿微震监测技术主要采用地震学方法对微震事件进行监测。
具体而言，常用的监测手段包括地震仪、地震监测站和地震波传感器等设备。
这些设备能够实时记录地震波的振幅、频率和传播路径等信息，通过对这些信息的分析，可以获得微震事件的发生时间、空间位置和能量释放等参数。
煤矿微震监测技术的核心是对微震事件数据的处理和分析。
首先，需要对原始数据进行预处理，包括降噪、滤波和去除异常值等操作，以提高数据的可靠性和准确性。
然后，需要对处理后的数据进行特征提取和统计分析，包括计算能量释放、震级和震源深度等参数，以判断微震事件的性质和规模。
最后，可以根据历史数据和统计模型，进行煤矿地质灾害的预警和预测。
总之，煤矿微震监测技术通过对煤矿地下微震事件的监测和分析，实现了对煤矿地质灾害的预警和预测。
通过了解微震事件的产生机制和传播规律，以及应用地震学方法对微震事件进行监测和数据处理，可以提高煤矿的安全生产水平，并减少煤矿地质灾害带来的损失。
煤矿冲击地压的机理及未来的研究和治理技术
煤矿冲击地压的机理及未来的研究和治理技术所谓煤矿冲击地压是指在高地应力作用下，井巷或回采工作面周围的煤岩体出现了破坏的情况，并伴随着较大的声响，岩体抛起的现象。
这不仅仅会对于采掘空间中支护设备造成危害，还将可能使得采掘空间出现变形，严重的情况下造成人员伤亡，井巷毁坏和局部地震。
1.我国国内煤矿冲击地压灾害以及理论研究情况1. 1国内外煤矿冲击地压灾害评述我国最早记录的冲击地压发生在1933年的煤抚顺胜利矿。
在此后的60年间的时间内，矿井累计发生了四千多次的破坏性冲击地压，造成巨大人员伤害和财产伤害。
1. 2冲击地压理论研究现状的评述我国对于冲击地压的研究工作始于上世纪60年代，主要是以结合实践冲击地压生产实践的方式来进行探索的。
首先系统化的对于煤矿冲击地压进行研究的是重庆大学和煤科总院重庆分院，以天池煤矿为研究对象开展的；随后全国性的煤矿冲抵地压调研工作顺利开展。
与1987 年颁布实施由煤科院北京开采所和阜新矿业学院联合起草的我国第一部《冲击地压煤层安全开采暂行规定》。
通过广大科技工作者和研究人员的共同努力，已使我国对冲击地压机理和防治措施的研究有了较大的进展，其中煤体注水与深孔松动爆破方法相结合的综合防治措施以及冲击地压的非线性有限元数值模拟、煤岩体地应力场的测试和有限元计算分析、声发射技术、微震监测系统在防治冲击地压的研究与应用方面已达到国际先进水平。
对煤、岩体冲击地压和岩爆机理的研究。
2.冲击地压发生的机理结合实际煤矿冲抵地压实践，其运行的机理可以归结为以下几个方面：其一冲击地压的分类及显现特性，一般情况下冲击打压可以归结为动型，构造应力性和动构造应力并有三种类型，依照不同矿体变形破坏范围大小可以实现合理的划分。
而冲击地压的特点可以表述为煤壁抛射性塌落，顶板下沉或底板撇裂，板炮频繁，煤体移动，弹性振动，设备震搬，煤尘飞扬，无明显预兆突然爆发，伴有巨大响声和地震，冲击风波引起构筑物损坏，易于出现较大损失和伤亡。
义马煤田冲击地压现状及研究.doc
第一章冲击地压概述煤矿煤岩动力灾害主要包括冲击地压和有瓦斯气体参与的煤与瓦斯突出，本次课程我们主要介绍冲击地压的基本知识、发生的原因、机理、影响因素以及冲击地压危险的预测预报技术、冲击地压危险的治理措施等方面的实用技术。
第一节冲击地压动力灾害冲击地压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征对煤矿、金属矿井、隧道等的安全轻则构成严重威胁，重则造成巨大的经济损失和人员伤亡。
随着井工矿井开采深度的增加，煤岩动力灾害－冲击地压的危险也在逐步增加。
原来没有发生过冲击地压的矿井，现在也开始发生，原来发生过冲击地压的矿井，现在冲击发生的强度越来越大，发生的次数越来越多。
目前，我国有近50对矿井累计发生过4000多次冲击地压，造成数以百计的人员伤亡，巷道破坏达30多公里。
冲击地压作为采矿诱发的地震，与大地地震相比，虽然震级不大，但由于其震中距地表近，属浅表层地震，其危害性非常严重。
图1—1为按里氏震级划分的德国、向非、波兰等国以及我同抚顺矿区、三河尖煤矿、华丰煤矿等发生冲击地压的最大强度。
第二节义马煤田冲击地压概况1、生产地质情况义煤集团公司冲击地压主要发生在中部义马煤田。
义马煤田分布有5对生产矿井，即：常村、跃进、千秋、耿村、杨村煤矿。
目前矿井采深分别是：常村矿600-800m,跃进矿650-1060m, 千秋矿750-980m,耿村矿500-650m,杨村矿400-600m。
义马煤田含煤地层为侏罗系，开采煤层为中侏罗统义马组，煤田基本构造形态为一简单的单斜构造。
地层产状平缓，走向近东西，倾向南，自下而上分别是2-3煤、2-2煤、2-1煤、1-2煤和1-1煤，煤层倾角8～25°大部分区域在10°左右，现主采2-1煤和2-3煤。
煤层赋存比较稳定，开采条件较好，煤层直接顶为泥岩和砂质泥岩、老顶为巨厚砾岩，底板为煤与泥岩互层和炭质泥岩；煤田煤层瓦斯含量在2.19～9.72m3/t，矿井地质条件和水文地质条件均较为简单。
微震监测技术在煤矿动力灾害防治中的应用
Ｅ ｃ
微震监测技术在 煤矿动 力灾害防治 中的应用
余 国锋
摘
薛俊 华
要： 煤矿 中发生的岩爆 、 煤和 瓦斯 突出、 突水等地质 灾害， 与煤 岩体 中的微地 震现 象有着必然的联 系。开展 高精度
微 震监 测工作 ． 通过判识潜在 的煤矿动力灾害活动规律 ， 进而 实现时煤矿动力灾害实现预 测预 警。
监测系统记录井下震源发生的震点强度 层瓦斯压力 、 煤的力学特性以及采动影响 进。在灾害单一的矿井 ， 可采取短期监测
和频度 ， 反映煤岩体受力破坏时能量的释 等多因素综合作用的结果。实验室和现场 的方案 ； 在灾害严重的矿井 。 可采取长期 放过程 ， 判断推理煤岩体应力状态及破坏 研究表明： 尽管煤与瓦斯突出是突发性的， 监测 的方案并将之并入矿井生产安全监
动力灾害、 冲击地压、 矿震等灾害问题 ， 和瓦斯突出、突水等地质灾害， 还
裂隙扩展而产 是煤炭矿山的含瓦斯煤岩突出 （ 或涌出） 与伴随岩体破裂、 生的微地震现象有着必然 的联 问题 ． 都是矿山开采过程中的扰动所诱发
探
的微破裂萌生 、 发展、 贯通等煤岩体破裂 系。
过程失稳的结果。近年来， 随着煤炭开采 实现矿山动力灾害预警 、 预
三、 结束 语
微震监测是一项很有发展前景的新
技术 ，从它的原理和取得的成果来看， 用 技术还需在设备和软件上适当加以改
的资料。
煤（ －￣斯突出是煤矿井下发生的 于井下监测是完全可行的。在井下实施这 岩） ｆ
一
微震预报冲击矿压原理是通过微震 极其复杂的动力现象。它是由地应力、 煤
关键词 ： 震监 测 声发射 微 动 力灾害 预警预报
微震监测技术的运用分析论文
微震监测技术的运用分析论文微震监测技术的运用分析论文摘要：煤炭是我国经济社会发展的最主要能源资源之一，随着煤炭资源消耗量的不断提升，我国矿山的开采深度也在不断的增加，煤矿开采的速度也在不断的提升，相应的在煤矿动力灾害方面也呈现出越来越严重的趋势。
如何在煤矿灾难发生之前辨别出煤矿冲击地压、发现灾害发生前兆成为煤矿安全生产管理的重要内容。
基于此，本文对微震监测技术在煤矿冲击地压防治当中的应用进行了相关的分析和探究，以期为煤矿安全生产工作提供一定的参考。
关键词：煤矿；冲击地压；微震监测技术；技术应用随着煤炭资源需求量的不断增加，煤矿的开采深度和开采速度也在不断的提升，在煤矿开采过程中受到煤矿地质条件影响以及相应的人工操作，在煤体集中的地区高弹性能在释放的过程中会发生煤炮或者是冲击破坏，对煤矿安全生产和工作人员产生一定的安全威胁。
微震监测技术在煤矿生产过程中的应用，能够有效地做好煤矿冲击地压的监测工作，为安全生产提供可靠的技术保障。
１微震监测技术相关内容简述煤体在受到外力作用的时候会产生频率比较低的震动波来释放相应的变性能，以此产生震动效应，微震就是这种震动效应的主要表现之一，微震是一种伴随着弹性波在周围煤体中快速释放和传播的动力现象。
微震监测技术是指在发生微震活动的煤体内部放置相关的传感器，对煤体受外力发生微震活动产生的震动波进行监测和探测，通过相关技术对传感器的相关信号和数据进行分析，确定发生震动波的位置，并且对震动活动的相关参数，如频率、震动强弱程度等进行探测，以此来获取煤矿微震破裂分布的位置，对煤矿冲击地压的微震活动信息进行确定，在煤矿冲击地压微震防治工作中提供可靠的依据。
煤体的岩体受到外力的挤压毁坏会产生一定的挤压变形或者是岩体裂纹活动等，通过微震监测技术对其进行监测能够预预先推测和告知岩体受到外力挤压破坏的程度，微震监测技术在煤矿冲击地压的监测方面得到了较为广泛的应用。
２微震监测技术在煤矿冲击地压防治过程中的应用2.1煤矿微震发生的特点将微震监测技术在煤矿冲击地压中进行应用的首要步骤就是对煤矿微震发生的特点和相关参数进行分析。