微震监测分析论文

时间:2022-10-25 08:54:00

微震监测分析论文

一、砚北煤矿现状概述

砚北煤矿隶属于甘肃华亭煤电股份有限公司,年产600万吨。目前正在开采二水平2502采区250205上工作面,该工作面为2502采区首采第一分层,所采煤层为煤5层,开采深度450-462米。工作面南部为背斜轴部,北部位于向斜西翼,倾角13-16度。煤层底板沿走向次级褶曲发育,底板起伏不平。工作面在向斜轴部附近,水平应力达到垂直应力的1.7倍左右。厚度近40米的煤层,具有强冲击倾向性。老顶为坚硬的粉砂岩,厚度18米,工作面内无断层、岩浆浸入体等其他构造。另外,地表是山区,山谷落差达100多米。250205上工作面自2006年3月10日开始回采以来至今,累计发生强矿压显现多达30次,对矿井安全生产造成了严重的威胁。

由于砚北煤矿强矿压灾害严重,强矿压灾害与褶曲构造、煤层的厚度及力学特性、顶板岩层、地表形态等密切相关,而我国对于强矿压的研究起步较晚,没有完全成熟的强矿压防治理论和控制经验提供参考。为此,砚北煤矿在中国矿业大学的配合下,对强矿压的预测与控制进行了长期的理论研究和实践探索,对工作面进行了强矿压的监测与防治,实现了安全生产,取得了较好的效果。

二、监测原理

一台DLM-SO信号采集站由16个“OS”微震信号采集器组成,每个采集器与一个DLM2001型检波测量探头相连,也就是说1套采集站能够控制16个DLM2001型检波测量探头。砚北煤矿使用了1套采集站,其中井下安装15个探头,地面安装1个探头,覆盖了矿井的各个采区,每个探头与采集站之间的最大距离为10km。为了接收到明显的震动信号,测站尽可能接近待测区域,避免较大断层及破碎带的影响,并且能和其他探头构成环形包围(包括主站在内的至少3个探头),尽量在重点区域多布置探头,按监测环境与要求选择探头监测方向,这样定位结果的准确性将会大大提高,为进一步分析预报奠定坚实基础。

由于砚北井田面积较大,所以在工作面回采过程中,要根据需要移动探头。微震监测系统的主要功能是对全矿范围进行微震监测,是一种区域性监测方法。自动记录微震活动,对实时记录的震动信号进行震源定位和微震能量计算,能为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供依据。

三、监测方式

震动是由地下开采引起的,是煤岩体断裂破坏的结果。与大地地震相比,震动震中浅,强度小,震动频率高,影响范围小,故称之为微震。微震法就是记录采矿震动的能量,确定和分析震动的方向,具体来说,就是记录震动的地震图,确定已发生的震动参数,例如震动发生的时间,震中的位置,释放能量的大小等。其原理是利用拾震仪站接收的直达P波起始点的时间差,在特定的波速场条件下进行二维或三维定位,以判定破坏点,同时利用震相持续时间计算所释放的能量和震级,并标入采掘工程图,圈定出震动频繁的区域,以便及时采取措施。

“SOS”微震监测仪用于矿山震动监测,可以对矿井工作面前方及其周围微震事件通过连接的DLM2001型检波测量探头,把接收到的震动信号以电流的形式传输到地面的DLM-SO信号采集站,进而对记录的震动信号进行定位和能量计算,可以较准确地确定10-100焦的低能量震动的位置,从而为矿山震动危险性的分析预测提供可靠资料。

四、“SOS”微震监测系统的优点

微震监测系统监测范围可大可小,且具有较高的定位精度,已成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。利用微震监测系统,在发生微震活动的矿区内布设微震探头(传感器),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。

五、应用结果

“SOS”微震监测系统自2007年6月25日在砚北煤矿运行以来,在250205上工作面,共发生103焦以上的震动1763次,其中有1次强冲击发生在2007年7月1日10:26分,震动能量达1.9×107焦,来压位置在工作面附近辅运顺槽侧,对巷道和设备造成严重破坏,有7次弱冲击,震动能量在5.3×106焦左右,这些冲击将早晨恶搞巷道同程度的底鼓或顶下沉。下面以1次典型的来压为例分析来压规律:

图1是2007年7月1日的来压前震动变化趋势,日震动总能量和震动次数之间的变化在正常情况下很吻合,并且直线变化斜率基本相同,6月28日到6月30日震动总能量变化趋势较大,结合图2,6月29日到6月30日,产量和推进度出现变化趋势相反的情况,7月1日早班10:26分来压,来压位置在250205辅运顺槽侧工作面前方20米,震动能量1.9×107焦,致巷道严重底鼓和顶下沉,部分设备压坏,未造成人员受伤。

六、总结

通过对砚北矿区各采区的多次来压分析总结,用“SOS”微震监测系统预测、预报冲击矿压,可以得出以下结论:

第一,震动与煤岩体的变形破坏存在一定的耦合关系,通过对采掘工作面的震动进行自动连续监测,利用煤岩体的动态变化特性,为冲击危险性提供可靠信息。

第二,正常情况下,每天震动总能量与震动次数、产量和推进度的变化斜率或变化趋势是一致的,偶尔有一天出现异步变化,但只是短暂的。如果震动参数的变化出现连续一天以上的异步趋势(一般3天左右),再结合其他两种变化曲线,如果有一种曲线出现不同步的现象时,近日就有冲击危险发生。

第三,微震法联合电磁辐射法、钻屑法及采煤工作面支架阻力法,成功预报出了多次冲击危险,效果较好。

第四,煤层地质构造以及煤柱区,对冲击矿压有直接影响,在此区域震动次数明显增多,来压频繁,来压造成的破坏性也大。

第五,来压位置以工作面辅运顺槽前后30米为主,回风顺槽很少来压。

参考文献:

1、窦林名,何学秋.采矿地球物理学[M].中国科学文化出版社,2002.

2、窦林名,何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].中国矿业大学出版社,2001.

3、毛仲玉,张修峰.深部开采冲击地压治理的研究[J].煤矿开采,1996(3).

4、齐庆新.回采巷道的周围条件与受力状态分析[J].矿山压力与顶板管理,1994(1).

5、谢明荣,林东才.矿压测控技术[M].中国矿业大学出版社,1997.摘要:震动现象是由于矿山开采使岩层产生应力应变过程的动力现象,采矿微震主要是记录矿山震动,并分析和利用这些信息,对矿山动力危险进行预测和预报。

关键词:冲击矿压;微震监测;冲击危险性预测;矿山动力危险

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