1、专题部分张小楼微震规律分析研究摘要：为有效预防矿井冲击地压的发生，采用SOS微震监测系统对煤岩体内微震活动进行全时连续监测。基于微震监测系统确定单日微震累计能量和震动频率两个参量进行危险程度的分析和评价。对95206工作面附近和下山区域进行了微震时序分析和矿震空间演化规律分析，表明矿震活动比较稳定，强烈微震活动事件发生前，岩体已经出现大量的弱微震活动，这些弱微震活动时期为强震动的发生积蓄了更多的能量。煤岩层在超前支承压力作用下已经开始出现大范围断裂和破坏。从整个回采过程中看，矿震大多分布在褶曲一翼和断层附近。对矿井微震活动的监测和规律分析有助于对矿震和冲击地压的防治。关键词：微震监测；回采工作
2、面；微震时序和空间演化分析；冲击矿压 Abstract: For the effective prevention of mine rock burst occurrence, using SOS microseismic monitoring system on coal rock body of microseismic activities for the whole continuous monitoring. Based on microseismic monitoring system determines the one-day microseismic accumulative
3、 energy and vibration frequency of two parameters for risk analysis and evaluation. In 95206 working face and down near the region were seismic sequence analysis and seismic spatial evolution analysis of mine earthquake activity, showed relatively stable, strong seismic activity before the occurrenc
4、e of rock mass, has been a lot of weak seismic activity, these weak microseismic activity period for strong earthquake occurrence accumulated more energy. Coal seam in advance support under pressure has begun to appear big range of fracture and damage. From the entire process of mining, ore earthqua
5、ke are mostly located in and near the fault fold a wing. The mine microseismic activity monitoring and analysis of rockburst and contribute to the prevention of the impact ground pressure.Key words: microseismic monitoring; working face; temporal and spatial evolution analysis of microseisms; shock
6、pressure1引言1.1微震简介1.1.1微震概念及危害微震属于矿山动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式。微震可以定义为矿山井巷或采场周围矿体和围岩由于变形能的释放而产生的以突变、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。简单的说，微震就是煤（岩）的突然破坏现象。矿井微震和冲击矿压是矿山开采中发生的煤（岩）动力现象之一，这种动力灾害通常是在煤（岩）力学系统达到强度极限时，聚积在煤（岩）体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放，在井巷发生爆炸性事故，造成煤（岩）体振动和破坏，动力将煤（岩）抛向井巷，同时发生强烈声响，造成支架与设备、井巷的破坏以及人员的伤亡等。冲击矿压还可能引发其他矿井灾害，尤其
7、是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，强烈的冲击矿压还会造成地面建筑物的破坏和倒塌等。1.1.2影响矿井微震的主要因素及矿井微震的显现特征矿井微震发生的原因是多方面的, 但从总的来说可以分为三类, 即自然的、技术的和组织管理方面的。影响矿井微震发生的因素主要有两大方面：一是矿山地质因素，二是开采技术条件。矿山地质因素主要是:开采深度越大,煤体的应力越高，在开挖空间周围煤体内应力集中系数越大，煤体变形和积聚的弹性潜能也越大；顶底板岩层比较坚硬，煤层具有脆性，易形成较大的集中压力和积聚较多的弹性能；其次由于地质构造的存在，破坏了顶板完整性，使顶板压力在构造处重新分布形成构造应力集中，特别是
8、在断层带附近更容易发生冲击矿压。地质构造因素，在地质构造带中一般由地壳运动的残余应力形成构造应力场。在煤矿中常有断层、褶曲和局部异常(如底凸起、顶板下陷、煤层分岔、变薄和变厚等构造带)，矿井微震就常常发生在这些构造应力集中的区域，严重时导致矿井冲击矿压。开采技术条件可以促使矿井微震的发生,它主要体现在两个方面，一是人为地形形成应力集中，增大发生矿井微震的危险性；二是改变应力状态和产生震动，可以引发矿井微震甚至诱发冲击矿压的发生。具体表现如下:（1）不同采煤方法的巷道布置及顶板管理方法不同，所产生的矿山压力分布规律也不相同，一般短壁较长壁开采易发生矿井微震。（2）煤柱是发生应力集中的地点。孤岛形
9、和半岛形煤柱可能受几个方向集中应力的叠加作用，形成很大的应力集中，因而在煤柱附近易形成震动影响。另外，煤柱上的集中应力不仅对本煤层产生影响，而且向下传递对下部煤层形成冲击条件。（3）采掘顺序对形成矿山压力的大小和分布有很大关系。巷道和回采工作面相向推进以及在回采工作面或煤柱中的支承压力带内掘进巷道，都会使集中应力叠加，从而导致矿井微震的发生。另外在采空区附近掘进巷道时，未压实的采空区会对掘进巷道产生动力冲击作用，诱发冲击矿压。（4）在放炮、打钻或采掘工作时能局部改变煤体的应力状态，一方面使煤层中应力迅速重新分布而增加煤体应力；另一方面能迅速解除煤层边缘侧向约束阻力改变煤体的应力状态，由三向压缩
10、变为二向压缩，使其抗压强度下降，导致迅速破坏。因此这些活动具有诱发矿井微震甚至导致冲击矿压的发生。1.1.3微震与冲击地压的关系矿山微震与冲击现象，属于矿体围岩系统在其力学平衡状态被破坏并且释放出大于消耗能量的瞬间震动。每次能量突然释放均伴随着应力平衡的破坏，从物理破坏点（震源）向外传播地震波，由于矿震与冲击地压的破坏机制不同，因此仪器所记录和测试得参数也不同。但是，它们同是能量释放，因此矿体围岩系统能量释放存在一定的内在关系。倘若在某一采矿区出现微震现象，则只象征着有潜在的冲击地压危险，它存在着较大的随机性和复杂性。 只有当巷道或采场造成一定后果或是明显破坏后，才被认为是冲击地压。冲击地压的
11、发生从内因上取决于潜在的能量大小，从外因上取决于震源方位、多维状态、至开采线的距离和诱发因素等。弹性能的突然释放位置，可能出现在相对于回采线的不同部位。由于震源所在地点或部位不同，即使所观测记录到的能量相近，对工作面媒体围岩系统能量变化所产生的影响也不同。搞清此环节对判断冲击地压危险程度具有十分重要的意义。当然，在提高定位精度的同时，还必须加强地声与煤粉钻孔的综合检测，才能正确地判断冲击地压危险。1.1.4国内外微震及冲击矿压概况1、国内冲击矿压历史及现状我国最早记录的冲击矿压现象于1933年发生在抚顺胜利煤矿，当时的开采深度为200米左右。从1949年以来，已发生破坏性冲击矿压4000次，震
12、级0.53.8级，造成大量巷道破坏和惨重的人员伤亡。近年来，我国一些金属矿山、水电与铁路隧道工程也出现了岩爆现象。我国煤矿发生冲击矿压有如下特征：(1)突然性。冲击矿压发生前没有明显的征兆， 突然、猛烈。(2)多样性。煤层冲击、顶板冲击、底板冲击等两三种冲击的组合。(3)破坏性。片帮和煤炭抛出，顶板突然下沉、底鼓、破坏巷道支护，造成人员伤亡等。(4)在各种采矿和地质条件下均发生过冲击矿压。然而具体分析起来，我国冲击矿压发生的条件极为复杂。从自然地质条件来看，除褐煤以外的各煤种都记录到了冲击现象，采深从200800米，地质构造从极简单至极复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急倾斜，顶板包括砂岩、灰
13、岩、油母页岩都发生过；从生产技术条件看，水采、水砂充填、综采、炮采、机采、手采等各种工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水平分层、倒台阶、房柱式等各种方法都出现了冲击现象。1949年以前我国发生冲击矿压的矿井只有12个，50年代增加为7个，60年代为12个，70年代为22个，到21世纪初已达到50多个。而随着开采深度的增加、开采范围的扩大，今年来虽然采取了不少措施，但全国矿井数和总的冲击数并未减少。可见，我国冲击矿压的防治工作任务甚为艰巨，具有现实的迫切性和长远的重大意义。2、国外冲击矿压概况冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题。1738年英国在世界上首先报道了冲击矿压现象。之后，前苏联、南非、德
14、国、波兰、美国、加拿大、日本、法国、印度、捷克、匈牙利、保加利亚、奥地利、新西兰和安哥拉等都记录了冲击矿压。目前，有包括我国在内的20多个国家和地区都有冲击矿压，这一事实表明，世界上几乎所有采矿国家都不同程度地受到冲击矿压的威胁。因此应准确、有效的预测冲击矿压及其危害性，为采取相应防治措施提供依据，从根本上消除或缓解冲击矿压的危害是非常重要的1.2微震检测系统矿井微震与冲击地压是矿山的严重自然灾害，开展有关矿震与冲击的监视和防治，是保证矿山安全生产的首要任务。随着矿山对动力灾害的快速反应要求的提高，微震监测系统对有效波形的识别被提上日程，但目前仍然没有成熟的解决方案，这直接影响着微震监测系统的
15、识别效率和定位精度。在矿山现场具体变现为：微震监测系统无法自动识别记录有效事件，仅依靠技术人员人工处理，效率较低；矿山微震波形复杂，干扰因素多，采用人工肉眼识别方式，经常出现误处理、漏处理、处理不及时等情况。张小楼现在采掘9号煤层，已进入深部开采加上地质构造复杂，导致采掘震动明显，震动发生频率高，释放的能量大，因此张小楼生产时采用SOS微震监测系统进行实时微震监测和预防，避免冲击矿压的发生。1.2.1系统结构SOS微震监测系统主要由井下、井上硬件以及处理软件等3大部分组成，于井下、井上两个空间相互配合形成一个完整的系统进行工作。SOS微震监测系统结构如图1-1所示。图1-1 系统机构图1.2.
16、2 微震监测系统的基本原理岩石在应力作用下发生破坏,并产生微震和声波。在采动区顶板和底板内布置多组检波器并实时采集微震数据,经过数据处理后,采用震动定位原理,可确定破裂发生的位置,并显示在三维空间上与传统技术相比,微震定位监测具有远距离、动态、三维、实时监测的特点,还可以根据震源情况进一步分析破裂尺度和性质。这种技术是在近几年来计算机和采集技术快速发展的基础上产生的,它为研究覆岩空间破裂形态和采动应力场分布提供了新的手段。DL M-SO采集站与DL M2001检波测量探头配合工作共同实现对微震信号的监测、传输和采集。在信号传输过程中，主要电缆噪音可通过有可控开关的50Hz带通滤波器消除。在采集站内，本质安全型信号和非本质安全型信号隔离，通过运算放大器和2个传输器将电流调制信号准确复制，并转换为相应的电压信号。检波电路
