微震監(jiān)測系統(tǒng)在大興煤礦的應(yīng)用

尚 海 張朝川

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）大興煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)情況

大興煤礦的微震監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備于2018 年6 月中旬安裝調(diào)試結(jié)束，在南二903 工作面最先投入使用，之后在北二1203 工作面、北二909 工作面、南二906 工作面、北二1205 工作面、北二908 工作面、南五1201工作面、北一401 工作面投入使用，都取得良好預(yù)警效果，降低了工作面發(fā)生沖擊地壓的可能性。

2 大興煤礦SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)波速的確定

2.1 標(biāo)定炮位置的確定

為確保SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)震源定位的精度，需標(biāo)定放炮校準(zhǔn)系統(tǒng)波速參數(shù)。

選定指定地點(diǎn)作為標(biāo)定點(diǎn)，在標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行爆破作業(yè)，在南二903 工作面放標(biāo)定炮，確定波速并校驗(yàn)SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)的定位精度。兩個(gè)定位炮的位置分別在南二903 工作面的回風(fēng)順槽13 號(hào)鉆場和9 號(hào)鉆場內(nèi)。

2.2 標(biāo)定炮信號(hào)記錄情況

SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)在這兩個(gè)時(shí)刻成功記錄到了兩個(gè)震動(dòng)文件，分別為“2018-06-24 10.38.49 441.W”和“2018-06-24 11.54.55 855.W”，該區(qū)域一共安裝了8個(gè)拾震器，分別是1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#。SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)2018 年6 月24 日10：38：49 接收到一個(gè)震動(dòng)信號(hào)。信號(hào)中1#、2#、3#、4#、5#通道信號(hào)最為清晰同時(shí)也對(duì)該預(yù)設(shè)放炮點(diǎn)形成了包圍。根據(jù)SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)定位原理對(duì)這5 個(gè)清晰的波形進(jìn)行P 波首次到時(shí)標(biāo)記，標(biāo)記情況，5 個(gè)通道在震動(dòng)波形圖上到時(shí)標(biāo)記結(jié)果為2394ms、2240ms、2280ms、2372ms、2432ms。P 波首次到時(shí)標(biāo)記結(jié)束后，用Multilok 軟件調(diào)整波速參數(shù)進(jìn)行震源定位。通過不同波速計(jì)算的震源位置與真實(shí)放炮位置進(jìn)行對(duì)比從而確定最接近真實(shí)震源的波速作為最優(yōu)波速參數(shù)。定位效果對(duì)比詳見表1。

表1 標(biāo)定炮1 遞增波速下震源定位誤差

通過對(duì)比，標(biāo)定炮1 下驗(yàn)證的4100m/s 的波速從線性角度震源定位效果誤差相對(duì)較小。

第二個(gè)標(biāo)定炮：SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)2018 年6 月24日11：54：55 接收到一個(gè)震動(dòng)信號(hào)。信號(hào)中1#、2#、3#、4#、5#通道信號(hào)最為清晰同時(shí)也對(duì)該預(yù)設(shè)放炮點(diǎn)形成了包圍。根據(jù)SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)定位原理對(duì)這5 個(gè)清晰的波形進(jìn)行P 波首次到時(shí)標(biāo)記，5 個(gè)通道在震動(dòng)波形圖上到時(shí)標(biāo)記結(jié)果為7962ms、7852ms、7880ms、7990ms、8080ms。P 波首次到時(shí)標(biāo)記結(jié)束后，用Multilok 軟件調(diào)整波速參數(shù)進(jìn)行震源定位。通過不同波速計(jì)算的震源位置與真實(shí)放炮位置進(jìn)行對(duì)比從而確定最接近真實(shí)震源的波速作為最優(yōu)波速參數(shù)。定位效果對(duì)比詳見表2。

表2 標(biāo)定炮2 遞增波速下震源定位誤差

通過對(duì)比，以及綜合標(biāo)定炮1 所得出最佳波速4100 m/s 在標(biāo)定炮2 中驗(yàn)證的震源定位效果的誤差也相對(duì)較小。所以通過兩次放炮確定井下現(xiàn)有采掘范圍的最佳波速為4100m/s。

2.3 標(biāo)定炮能量計(jì)算

依據(jù)微震震源能量求解原理，采用SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算的兩次標(biāo)定炮的震源能量（按照驗(yàn)證后的波速V=4100m/s 為準(zhǔn)）。

通過以上兩個(gè)震動(dòng)的能量大小表明SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)求解的標(biāo)定炮震源能量與裝藥量的關(guān)系，可見能量計(jì)算結(jié)果很好地吻合裝藥量的大小。兩次標(biāo)定炮定位結(jié)果表明：大興煤礦SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)礦震信號(hào)質(zhì)量良好，信號(hào)收集完整準(zhǔn)時(shí)。通過標(biāo)定炮對(duì)比驗(yàn)證，大興煤礦SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)波速設(shè)定在4100m/s 定位精度較高。震源定位誤差能控制在20m 以內(nèi)，系統(tǒng)定位精確完全能滿足礦井對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域的礦震定位精度要求。大興煤礦SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)波速在4100m/s 時(shí)，計(jì)算的能量與裝藥量呈正相關(guān)性。說明波速參數(shù)的設(shè)置符合真實(shí)情況。

圖1 第一個(gè)標(biāo)定炮定位誤差折線圖

3 沖擊地壓預(yù)警指標(biāo)的確定

礦震與煤礦采掘生產(chǎn)關(guān)系密切，在發(fā)生強(qiáng)礦震與沖擊礦壓之前，開采附近煤巖體內(nèi)已經(jīng)因回采發(fā)生破裂，并產(chǎn)生微震信號(hào)，它們是分析沖擊危險(xiǎn)與研究沖擊地壓機(jī)理的重要信息源。

微震法評(píng)價(jià)沖擊礦壓危險(xiǎn)的實(shí)質(zhì)是觀測某個(gè)采掘工作面周圍微震參量（微震頻次、微震能量、震源分布和震動(dòng)波速）在目前為止的水平上發(fā)生的變化，并確定由此引起的沖擊礦壓危險(xiǎn)相對(duì)于到目前為止的沖擊礦壓危險(xiǎn)上升和下降的程度。

根據(jù)沖擊危險(xiǎn)性的界定，在掘進(jìn)巷道中發(fā)生能量超過1E+04J的礦震說明在掘進(jìn)過程中具有沖擊危險(xiǎn)性；在采煤工作面中發(fā)生能量超過1E+05J 的礦震說明在工作面回采過程中具有沖擊危險(xiǎn)性。微震監(jiān)測預(yù)警法確定采掘面沖擊礦壓危險(xiǎn)狀況，主要是根據(jù)礦震能量等級(jí)：（1）震動(dòng)能量的最大值Emax 和大多數(shù)的震動(dòng)能量值；（2）一定推進(jìn)距釋放的微震能量總和（∑E）。同時(shí)，如果確定的沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度高，當(dāng)上述參數(shù)降低后，沖擊礦壓危險(xiǎn)性不能馬上解除，必須經(jīng)過一個(gè)晝夜，或一個(gè)循環(huán)周轉(zhuǎn)后，逐級(jí)解除，一個(gè)晝夜最多只能降低一個(gè)等級(jí)。

圖2 第二個(gè)標(biāo)定炮定位誤差折線圖

4 微震監(jiān)測系統(tǒng)在北二909 工作面的應(yīng)用

北二909 工作面回采期間在北二909 運(yùn)順距離拉門口230m、700m 處安設(shè)了一個(gè)拾震器，北二909 回順距離拉門口480m 安設(shè)了一個(gè)拾震器，北二12 層軌道中巷直頭安設(shè)了一個(gè)拾震器，用于北二909 工作面回采期間進(jìn)行微震監(jiān)測。

北二909 工作面尾采期間受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，工作面處于向斜軸部的軸線，應(yīng)力集中程度較高，反應(yīng)到微震監(jiān)測系統(tǒng)上就是微震事件發(fā)生頻繁、地點(diǎn)較為集中，微震事件主要發(fā)生在北二9 層軌道中巷附近及北二909 回順區(qū)域，共發(fā)生微震事件38 次，最大能量為3.52×104J。

針對(duì)發(fā)生的微震事件進(jìn)行了研究和分析，制定了降低沖擊危險(xiǎn)的防范措施，采取了補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和施工卸壓爆破孔的方式降低沖擊危險(xiǎn)性，采取措施后微震事件發(fā)生的次數(shù)明顯減少，保證了工作面的安全回采。

5 結(jié)論

1.進(jìn)行采掘工作面沖擊地壓防治時(shí)必須隨時(shí)掌握微震事件發(fā)生情況，根據(jù)微震事件發(fā)生的地點(diǎn)和頻率確定沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。

2.確定沖擊危險(xiǎn)區(qū)域后要嚴(yán)格制定防范措施，保證措施真實(shí)有效。

3.微震監(jiān)測系統(tǒng)作為區(qū)域監(jiān)測，要同鉆屑法、應(yīng)力監(jiān)測法、電磁輻射法等局部監(jiān)測方法相結(jié)合，綜合分析確定采掘工作面沖擊危險(xiǎn)性。