微震监测技术在采矿井的应用

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　微震监测技术是一种煤矿地球物理法，它可以有效监测矿井物理场岩体的动态变化。候村煤矿煤层赋存为-1200～-500m，深部开采导致采场内矿山压力显现明显，微震监测技术的应用为及时预测预报矿山压力分布情况和集中程度提供了重要依据。介绍了微震监测技术的概念及特点，然后结合SOS微震监测技术在深部开采矿井的应用情况，总结分析了岩层运动的普遍规律，最后对微震监测技术在矿井深部开采的探索应用进行展望。

　　关键词：微震监测技术;冲击地压;岩层运动

　　微震监测技术在矿井的广泛应用为冲击地压的预测预报奠定了坚实的基础，但仍没有形成科学统一的数据分析定论。本文论述了业界广为推崇的SOS微震监测技术在深部开采矿井中的应用情况，总结了监测数据的经验规律[1]。

　　1微震监测技术的概念及其特点

　　1.1微震监测技术的概念

　　根据声发射同时产生震动的原理，采用某种仪器监测岩体破裂时的微震频度，确定发生微震的位置，以预报岩体发生破坏的可能性与发生时间的方法[2]。

　　1.2微震监测技术的特点

　　微震活动密集区即矿压活动剧烈的地区。微震发生频次与冲击地压发生的可能性呈线性关系。如果某一阶段时间小能量震动事件次数较多，则发生冲击地压的可能性减小;如果某一阶段时间中等以上能量震动事件次数较多，则发生冲击地压的可能性增加。通过分析研究，SOS微震监测技术可准确计算出能量大于100J的震动及冲击地压发生的时间、能量和空间三维坐标，利用这些信息源对矿井冲击地压危险程度进行评价[3]。

　　2微震监测技术在矿井中的应用

　　2.1围岩物理力学性质

　　候村煤矿3#煤层顶、底板主要由泥岩、粉砂岩、细砂岩组成，局部有中砂岩和粗砂岩，岩样测试结果如表1所示。从表1中可以看出，中砂岩的抗压强度最高，细砂岩和粗砂岩次之，位于此类岩组中的巷道较为稳定。粉砂岩和泥岩的抗压强度值变化比较大，其强度主要取决于胶结成分、层理、节理的发育程度以及黏土性矿物的膨胀性，所以，位于此类岩组中的巷道为较稳定至不稳定[4]。根据统计数据，2015年1月1日—2015年3月1日，全矿累计接收有效震动3387次，各采区震动频次分别为50次、42次、146次、579次、1270次。相比而言，三采区、四采区、五采区煤层稳定性好，煤巷变形小;三采区、四采区煤层顶板为抗拉强度较高的中砂岩，五采区煤层顶板为稳定性较好的细砂岩;再加之三采区大量岩浆岩的侵入和四采区坚硬的中砂岩底板，3个采区的采场围岩稳定性好，从物理力学性质上分析，即围岩体抗拉强度高。煤层的采出导致上覆岩层运动。候村煤矿采用整层开采的采煤方法，煤层厚度决定了采空区的大小，也就直接影响了上覆岩层的运动。三采区、四采区、五采区煤层平均厚度5.56～6.76m，二采区煤层平均厚度3.3～3.7m，所以说，煤层厚度越大，上覆岩层运动越剧烈，符合震动次数越多的统计结果。由此得出结论，煤层厚度、围岩抗压强度与采场微震事件的频次呈正相关。

　　2.2各采区工作面震动事件分布规律

　　从各采区震动事件的分布情况来看，三采区震动事件在工作面周围分布较均匀，多数发生在工作面前后300m范围内，集中在超前100m范围内;四采区震动事件在工作面采空区分布较多，多数发生在超前150m至面后150m范围内，集中在超前50m和面后130m范围内;五采区震动事件在工作面前方分布较多，多数发生在超前150m至面后100m范围内，集中在超前100m和面后50m范围内。由于震动事件的分布范围与支承压力的影响范围相辅相成，所以，采动影响下采场支承压力的影响范围很广，压力峰值位置也相差甚远，工作面周围应力的分布与集中程度受诸多因素影响。3501工作面采深大、地质构造简单;3308工作面周围断层复杂、岩浆岩侵入影响大;3422工作面与集中程度受诸多因素影响且煤层倾角变化大，处于构造复杂区域，断层错综复杂，向斜构造横穿工作面。对比分析地质因素发现，由于地质构造简单的工作面稳定性强，积蓄弹性变形的能力强，应力向超前工作面方向延伸距离远，震动事件超前工作面距离远。但是，采深大导致原岩应力大，表现为两巷超前100m范围煤炮频繁，短时间内出现支护破坏等矿压显现现象。由于构造应力和残余构造应力都将影响原岩应力场的分布和应力的大小，断层构造的存在使得岩体强度降低，一方面，岩体蓄能能力减弱;另一方面，该类煤岩体围岩所能承受的极限强度压力值降低，容易引发断层冲击地压。由此可见，采深越大，导致原岩应力增加，断层构造和褶曲构造对应力分布的影响范围具有两面性。2.3工作面掘进对岩层运动的扰动效应初采期间，受初压影响，顶板压力大，上覆岩层活动频繁、剧烈，微震事件相对较多。3108工作面初采期间接收到的微震事件较少，主要是因为采动前对切眼顶板进行的超前预裂效果好。随着工作面的推进，顶板垮落及时、充分。2015年1月15日，3501工作面复采后震动事件呈逐渐增加的趋势，至2015年1月26日前后，累计进尺约30m的震动次数达到峰值后下降。分析峰值出现即周期来压到来，这与工作面正常推采差别不大，所以，复采对工作面上覆岩层的影响是不明显的。3501工作面主要微震事件分布情况如图1所示。2015年1月22日，3502工作面停采后震动事件立即减少，并迅速维持在较低水平。但由于上覆岩层仍不稳定，岩层破裂时有发生。3502工作面主要微震事件分布情况如图2所示。由此可见，工作面回采前，顶板的预处理可以有效削弱初压期间的矿压显现;上覆岩层运动受临时停采影响不明显;工作面停采后上覆岩层会进入一个趋向稳定的周期。

　　3微震监测技术应用总结和前景展望

　　根据微震监测技术在深部开采矿井的应用分析可知：煤层厚度、围岩抗压强度与采场微震事件的频次呈正相关;采深越大，导致原岩应力增加，断层构造和褶曲构造对应力分布的影响范围具有两面性;工作面回采前，顶板的预处理可以有效削弱初压期间的矿压显现;上覆岩层运动受临时停采影响不明显;工作面停采后上覆岩层会进入一个趋向稳定的周期。微震监测技术是煤矿分析预测预报岩层运动迁移规律的一种重要手段，候村煤矿将进一步充分利用该系统，不断完善、优化系统，积累原始震动数据，结合开采技术条件、地质构造，从微震学、地质学、采矿学的角度分析潜在规律，积累经验，为矿井的安全生产保驾护航[5]。

　　4结语

　　微震监测技术作为最普遍、最实用的煤矿地球物理法，可以对煤矿物理场岩体的动态变化实现有效监测。以候村煤矿3#煤层为研究对象，对3#煤层赋存为-1200～-500m的深部开采导致采场内矿山压力显现的情况，采用微震监测技术进行研究。由各采区工作面震动事件分布规律和工作面掘进对岩层运动的扰动效应研究可知，煤层厚度、围岩抗压强度与采场微震事件的频次呈正相关;采深越大，原岩应力增加，断层构造和褶曲构造对应力分布的影响范围具有两面性。在深部开采矿井中应用微震监测技术，可以掌握岩层运动的普遍规律，为矿井的安全生产保驾护航。

　　参考文献：

　　[1]魏志国.SOS微震监测系统在深部高应力冲击地压工作面的研究应用[J].山东煤炭科技，2017(1)：79-81.

　　[2]刘业献.千米深井大采高沿空工作面微震活动规律研究[J].煤矿开采，2014，19(6)：90-92.

　　[3]韩洪举，金思德，张志强.SOS微震监测系统的研究与应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2012(8)：147-148.

　　[4]连鸿全，邵学峰.鹤岗矿区冲击地压监测预报规律分析[J].山西焦煤科技，2012，36(6)：44-48.

　　[5]梁赛江.深井综放工作面支承压力分布及围岩控制研究[D].青岛：山东科技大学，2007.

　　作者：李永灵 单位：沁和能源集团有限公司候村煤矿