冲击地压矿井微震监测技术体系建设研究

冲击地压矿井微震监测技术体系建设研究科I技f论【坛科冲击地压矿井微震监测技术体系建设研究耿宪(煤炭科学研究总院检测研究分院,j匕京1O0013)摘要:冲击地压矿井的安全监管是煤矿安全管理的一项重要内容.在广泛调查的基础上,揭示了目前冲击地压矿井的安全管理现状,存在的问题,并探讨了解决问题的办法,就提高冲击地压矿井安全管理水平构设了微震监测技术体系的框架.关键词:冲击地压;安全监管;现状;技术体系建设Abstract:Supervisionandadministrationofrockbursthazardmineisanimportantpartofcoalminesafety.Basedonwideinvestigation,thesafetymanagementsituationandproblemsofrockbursthazardmine8rediscovered.andthenkeystothequestionsarestudiedandgiven.Finallythepaperconstructedaframeofsafetymanagementtoimprovetheroekbursthazardminesseismicmonitoringsystem.Keywords:rockbursthazard;Supervisionandadministration;presentsituation;seismicmonitoringsystem1冲击地压矿井安全管理现状冲击地压是矿山压力的一种特殊显现形式.是严重威胁煤矿安全生产的典型动力灾害之一.我国最早记录的冲击地压现象于1933年发生在原抚顺矿务局的胜利煤矿,当时的开采深度为200m左右.后来.随着开采深度的增加和采掘范围的扩大,原北京矿务局的门头沟矿,城子矿,房山矿,抚颀矿务局的龙凤矿和老虎台矿.原枣庄矿务局的陶庄矿,八一矿,开滦矿务局的唐山矿,原阜新矿务局的高德矿,五龙矿,四川天池煤矿等矿都发生了冲击地压.从1949年建国以来,已发生破坏性冲击地压4000多次,震级ML0.5-3.8级,造成大量巷道破坏和惨重人员伤亡.近lO年来,随着我国煤矿开采深度的不断增加,开采强度不断加大,我国发生冲击地压矿井的分布范围越来越广.截止2006年底,北京,枣庄,抚顺,阜新,辽源,大同,天池,开滦,新汶,徐州,义马,鹤壁,双鸭山,鸡西,淮南,大屯,韩城,究州,华亭,古城,贵州等近lOO个矿区(井)均发生过冲击地压.仅2oo1年至2Oo6年底,在大同,抚顺,北京,华亭,大同,阜新等局矿因冲击地压的发生而导致的重大伤亡事故就多达lO余起,死伤人数达数百人.我国目前煤炭产量居世界之冠,又以井工为主,这种局面在个相当长时间内难以改变.随着我国煤矿开采深度的进一步增加和开采强度的加大,冲击地压的危害将日趋严重.从目前情况看,我国每年均发生多起因冲击地压而导致的人员伤亡事故,我国已成为世界E冲击地压最严重的国家之一.我国从2O世纪70年代末期开始系统地开展冲击地压的研究工作,1987制定了我国第部冲击地压煤层安全开采暂行规定o目前,与冲击地压煤层开采相关的规定或安全条文还有:1983年原煤炭工业部颁布的心安全装备基本要求(试行),其中对开采冲击地压煤层装备进行了规定;矿安全规程中阐述了冲击地压煤层开采的一些原则;j噪层冲击倾向性分类及指数的测定方法及岩层冲击倾.向性分类及指数的测定方法.冲击地压的防治方法很多,预测方法包括根据采矿地质条件确定冲击地压危险的综合指数法,数值模拟分析法,钻屑法等;采矿地球物理方法,包括微震法,声发射法,电磁辐射法,振动法,重力法等;防治方法包括合理的开采布置,保护层开采,煤层松动爆破,煤层预注水等;对于已具有冲击危险的煤岩层,采用的控制方法有煤层卸载爆破,钻孔卸压,煤层切槽,底板定向切槽,顶板定向断裂等.但是,从冲击地压预测与防洽实践看,对于具体冲击地压矿井而言,要达到准确预测和有效防治的目的,仅仅采用一种方法或几种方法,还达不到预期的效果.无法满足因采矿各种条件的改变而导致冲击地压发生机理,原因的改变,从而不能保证一种或几种方法解决各种冲击地压问题.因此,必须探讨解决冲击地压问题的有效途径.2冲击地压微震II釜测技术存在的问题在我国,早在1959年,北京门头沟矿曾用当时的中科院地球物理所研制的581微震仪(啥林地震仪改装),监测冲击地压活动;20世纪7O年代,国内开始以耳机收听或录音机记录岩石声发射频度的便携式地音仪,长沙矿山研究院开发了DYF-l,DYF-2型便携式智能地音分析仪及s111,s112型多通道声发射监4系统,用于微震监测;华丰煤矿在1995年与中国地球物理学会合作设计安装了微震监测系统,通过十年来的连续监测,积累了大量的数据资料.1984年后,门头沟,房山,陶庄,北票,龙风等煤矿曾陆续引进波兰地音微震l盥澳系统(SAK-sY1K),但操作条件困难,均l贿坚持连续监测,绝大多数矿山的微震是由区域地震监测台网观测而得到观测资料,很难用于研究微震的空间域规律.近年来,随着国民经济的快速发展,对煤炭能源的需求激增,行业经济形势看好,我国的一些冲击地压矿井进口了国外的先进监测系统,例如:2005年华丰煤矿采用波兰EMAG公司的新一代微震监测系统ARAMIsM/E,经过两年摸索,取得了些经验.但由于现场缺乏高素质的微震信息处理和分析人员,未能形成完整的监测分析和预报思路.因此,目前铹震技术在我国的应用缺乏成功的示例.由于冲击地压发生机理尚未弄清楚,因此,面对先进监测系统得到的繁多的监测数据,如何充分利用和开发这些第手资料并进行合理的解释,从中得到可以预浸4未来煤岩层活动的信息,则是冲击地压动力灾害预警技术工作中的难点.在国外,微震监测技术的发展已使冲击地压的监测成为采矿安全管理的个有机组成部分,如波兰,南非,美国,加拿大,俄罗斯和澳大利亚等国的深井矿山.由于微震监测系统监测范围灵活,定位精度较高,已成为矿山开采诱发冲击地压监测的主要技术手段.利用微震监测系统,在发生冲击地压的井田范围内布设拾震器,探测煤岩层断裂所产生的地震波,确定断裂发生的位置,统计出微震活动性的强弱和频率,通过敛震监测获得的断裂分布位置,判断潜在的冲击危险性活动规律.3冲击l蛐啦监测技术体系建投的构想为了做好开采冲击地压煤层矿井的安全工作,对冲击地压矿井的监管必须统筹安排,全盘考虑.不仅考虑到专业,而且要考虑到各个层次的工作特性,还要动员所有人参与.为此,提出个冲击地压矿井安全监管技术体系.3.1矿山冲击地压灾害构造背景控制特征运用板块和区域构造理论,通过构造演化分析,结I:1J比LM啦:.I.的探测技术手段,查明深部煤岩体活动控制因素.从而达到有目的设立微震监测网,为实现煤矿冲击地压灾害中,长期预报奠定基础.3.2矿山动力灾害微震活动前兆规律和失稳模式微震般是微米级的自然连续振动,振动主频率在十几赫兹到一百赫兹左右,明显有别于人类现场干扰.由于微震频谱的再现性较好,频域上可以作为平稳随机过程处理.因此可以采用时钡分析技术分析微震信号的功率谱和幅频特性,以便从谱特性进行微震信号的辩识,以确定微震事件类型,从而能够校正系统的定位误差.并为预测预报矿井重大动力灾害提c条的线索.33矿山动力灾害监测预报示范基地依托实舡程,建立微震监i熨8试验基地,形成矿山微震数据采集系统,并通过网络技术将现场数据向数据处理中心进行实时远距离传送,实现对煤矿井工作面微震活动进行24小时连续监测,获取大量的微震活动性时空分布数字化记录,并实现将傲晨监测的结果(输出)作为修正模型的原始数据(输入),使分析模型能够依据现场变化动态调整,实现分析预报系统的初步运转,为在我国实施矿山冲击地压分析防治提供理论,技术支持和示范作用.4结论鉴于目前我国矿山微震技术应用落后的实际情况,提出了符合我国煤矿实际技术水平的冲击地压灾害监测,分析,防治思路一即将冲击地压矿井微震监测工作与分析预报工作分离,由现场和具有实力的研究机构分别实施.可以在科研实力雄厚的研究机构建立我国冲击地压灾害分析防治研究平台和示范基地,形成辐射区域内各大矿区的矿山动力灾害分析预报系统,运用网络技术,将现场获得的微震事件信息实时传送到冲击地压灾害分析预报中心,在实测微震事件信息基础上,实现对入网冲击地压矿井的实时监测,即时分析和及时通报,为矿山安全生产提供更加科学的技术保障,为全国冲击地压灾害分析防治工作发挥示范作用.作者简介:耿宪(1954),女,北京人,19851986年赴波兰西里西亚工学院进修.致谢:感谢煤炭科学研究总院开采设计研究分院高级工程师任勇在论文成文上的全力帮助!责任编辑:李光旭一1一