冲击地压煤矿井上下微震联合监测技术北大核心

冲击地压煤矿普遍应用井下微震监测系统进行监测预警,但在单一近水平煤层或近直立煤层水平分层开采时,普遍存在由于井下微震台网高差不足导致垂直定位精度不理想的问题,无法有效分析确定冲击致灾关键岩层。以鄂尔多斯矿区某近水平冲击地压煤层开采工作面为例,理论分析了微震定位误差的“垂直高差效应”,研究提出了井上下微震联合监测技术,通过在地面布置专用井上微震拾震器,形成井上下微震监测台网,并在近水平煤层冲击地压矿井应用实践。研究表明:当井下微震传感器布置台网处于近水平状态时,由于垂直最大空隙角过大,造成震源垂直定位误差较大,是微震垂直定位精度不足的主要原因;以ARAMIS M/E微震监测系统为基础,增加ARP专用井上微震拾震器以增大z坐标差距,形成井上下联合监测台网,有效提高了微震监测高度及垂直定位精度。井上下微震联合监测技术在门克庆煤矿应用,揭示了诱发矿震的岩层层位与高度,提升了矿井解决矿震频发的技术水平及采取措施的针对性;红庆河煤矿应用井上下微震联合监测技术,确定了冲击致灾主控岩层层位与高度,揭示了高位厚层顶板冲击致灾性。     

井上下微震联合监测震源垂直定位精度优化研究

震源垂直定位位置是煤矿冲击地压机理研究的重要基础数据,对冲击地压灾害的监测与防治研究具有重要意义。对于近水平煤层工作面,由于各微震台站之间高差较小,导致在进行震源定位计算时,震源参数的偏微分矩阵接近奇异,迭代计算无法收敛到准确解。对台站合理高差和无高差两种情况下的煤矿微震台网进行仿真模拟,结果表明当台网内台站处于同一水平面时,震源垂直位置的定位误差较大。为了解决这个难题,笔者在井下微震监测台站的基础上,增加了地面微震监测台站,形成井上下联合监测台网,有效优化了微震监测台网的空间结构,尤其是台站在垂直方向上的分布效果。对红庆河的微震数据进行分析可知对于2次方的微震事件,井上下联合监测系统的监测效能可达90%,3次方及以上的微震事件可达100%。通过对比10组井下断顶爆破引发的微震事件数据,发现井下微震监测系统定位结果基本位于煤层上方30 m的封孔范围内,井上下微震联合监测系统定位结果基本位于煤层上方30～60 m的爆破孔装药长度范围内;与单纯利用井下监测台站的定位结果相比,井上下微震联合监测系统的定位结果普遍距离真实震源更近,表明地面监测台站的加入有效提高了震源的垂直定位精度,解决了近水平煤层微震事件垂直定位误差较大的问题。     

哈图金矿地压监测系统的建立及应用研究

随着开采深度的增加,哈图金矿采场片帮、冒顶等地压灾害日益突出,因此建立了微震监测系统来监测地压灾害并进行预警。主要介绍了微震台网的优化设计,并通过标定爆破完成波速校正。波速校正结果表明:微震监测系统的定位误差为10m左右,能够满足矿山地压监测的需要。另外,基于微震事件信息分析了各中段的地压活动规律,并划分出潜在的地压灾害区域进行重点监测与分析。微震监测系统在哈图金矿得到了很好的应用,为矿山安全生产和管理提供了技术支撑。     

矿内-矿间微震监测技术研究

我国煤炭行业微震监测系统普遍应用于冲击地压矿井,但各矿井的微震监测系统仅对本井田内部进行监测,而对井田边界区域的定位能力和精度均较低。随着我国煤矿开采深度及强度的增加,矿间开采扰动引起的动力显现增多。研发了矿内-矿间微震监测系统,旨在实现煤矿微震监测系统之间的协作,提高井田边界的监测水平,并安装于义马煤田。该系统现场测试效果良好,主要表现为:微震系统有效监测范围增加,尤其对于井田边界区域;矿间微震使井田边界区域由台网外转移台网内,定位精度提高。矿间微震对义煤集团井田边界高位覆岩运动监测发现,井田边界附近岩体破裂范围集中在21220采空区后方,且出现较多的大能量事件。     

微震监测系统监测精度与可靠性分析

介绍了波兰ARAMIS M／E微震监测系统在华丰煤矿冲击地压防治中的应用,通过矿震事件具体定位和定点放炮,分析了微震监测系统监测精度与可靠性。应用结果表明：该系统在三维空间定位精度高,平面定位误差小于20m,垂直定位误差小于15m,符合系统定位要求。系统能通过监测数据对采煤工作面冲击地压危险程度进行评估,评价出工作面每天的冲击地压危险程度,为矿井进行冲击地压预测预报提供科学依据。     

矿井SOS微震监测网络优化设计及震源定位误差数值分析

提出了微震监测网络优化设计的5条一般性原则和运用Powell算法求解定位误差的方法。以平顶山十一矿SOS微震台网的优化布置方案为例,进行了定位误差数值计算,结果表明,定位误差保持在小于50m的水平,能够较准确地提供震源的基本信息和确定冲击危险的局部重点监测区域,表明对该矿微震监测台网的设计能够满足当前开采布局的要求,为下一步矿震活动规律监测和冲击危险的预测预报奠定了基础。     

SOS微震监测系统在十一矿冲击危险监测中的应用

为解决十一矿冲击危险给矿井安全生产带来的隐患,确定冲击危险区域,根据设定的台网布置原则进行了SOS微震监测系统的布置研究,微震监测的三维定位误差在20 m以下,能够准确的提供震源的基本信息.通过对微震监测信息的分析,明确了十一矿冲击危险重点区域,确定了强冲击危险性的微震信息判别模式.     

微震活动规律及其在煤矿开采中的应用

研究深部矿区,特别是有煤岩动力灾害矿区的微震活动规律对冲击地压等灾害的预测与防治具有重要意义。利用ARAMIS M/E微震监测系统,研究了唐口煤矿千米深井条件下微震时空演化特征,通过高精度微震定位和分析,获得了该条件下微震活动与工作面推进、采动应力分布、岩层破裂、冲击地压等之间的关系,对矿井安全生产起到一定的指导作用。     

震动波CT反演应用在冲击矿压预测预警的案例研究

随着煤矿开采向深部推进,冲击地压成为制约矿井安全生产的主要灾害之一,针对目前传统的矿压、应力在线等监测手段已不能满足冲击地压灾害的监测预警工作,本文介绍了基于微震监测数据开发的震动波CT反演技术在煤矿冲击地压监测预警中发挥的作用,震动波CT反演能够较为准确的反应区域应力场,从而在空间和下一时段预测微震事件的发生,指导矿...     

某矿山地压监测系统建设及预警技术研究

某矿山构造应力较大且岩体硬度较大,发生岩爆风险可能性较高。基于微震监测技术,建设了符合矿山实际特点的地压监测系统,经过台网优化,监测系统定位误差在10 m左右,灵敏度在-2.6左右。分析了微震事件空间分布,划定采场西侧为潜在危险区域。并分析危险区域内微震事件b值动态演化特征,得出b值可做为岩爆预警参量,b值迅速下降可作为岩爆前兆信息,成功预测岩爆发生,可为类似矿山安全生产管理提供一定的借鉴意义。     

复杂地质条件下冲击地压矿井微震监测系统震源定位精度分析及标校方法

矿井可通过微震监测系统实现对冲击地压发生机理的研究和冲击地压危险的预测预报及防治效果的检测,但为保障定位结果的准确性,在复杂地质条件下,基于爆破定位技术,通过开展震源定位精度分析及标校,确定监测系统合理的波速,实现矿震精准定位,可为矿井冲击地压的防治工作提供可靠信息。     

基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

针对经典定位方法中存在的求解系统发散、定位精度低和定位受微震台网影响大等问题,采用L1范数统计对微震震源定位进行残差分析,推导得到了基于L1范数统计的事件残差计算公式;提出了微震震源定位的误差空间概念,它的实质是微震监测区域中事件残差对震源定位误差的反映;将震源的时间维数从误差空间中分离出去,建立了基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法,该方法不仅对到时和波速等输入数据中误差较大的离群点具有较高的抗干扰性,而且在震源求解时不会发生发散问题,具有很好的稳定性和强健性;通过现场爆破实验对算法的优越性进行了验证。研究结果表明:基于L1范数统计的单纯形算法震源定位结果稳定,定位精度高;而且算法受震源和微震台网相对位置影响较小,能够有效抵抗微震台网扩散效应对震源定位的影响,保证了台网边缘或外部震源定位的稳定性和精度;另外它还能够降低微震台网在方向控制上对定位精度的影响,提高了垂直方向上的震源定位精度。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

临近井田弱地震对矿井冲击危险性影响分析研究

以冲击地压矿井张双楼煤矿临近井田发生的天然地震(2.8级)为工程背景，通过矿井SOS微震监测、应力监测及震动波CT反演等多种技术手段，对该次地震对矿井冲击危险影响进行了研究。结果表明：矿井微震监测系统对于临近井田的天然弱震具有一定的响应能力，但震源位置在微震监测网范围外，解算的震源位置较多、位置误差较大；矿井微震监测、应力监测和震动波CT反演数据时间序列，表明弱地震发生前后冲击危险监测数据整体趋势平稳，没有发生显著突变，说明本次天然地震对矿井回采工作面冲击危险性未产生明显影响。分析结果对于深入研究临近井田天然地震对矿井采掘工作面冲击危险影响具有一定的指导意义，也为后续矿井冲击危险监测技术发展、地震与矿井冲击地压的关系的研究提供了借鉴。     

华丰煤矿地音监测防冲技术及实践

 煤矿深部开采矿井的主要灾害之一冲击地压,对矿井高产高效和人员、设备安全造直接威胁。为了进一步摸清冲击地压发生的前兆信息,基于ARES-5/E地音监测系统在国内煤矿的普及应用,介绍了该系统的监测预报原理、地音探测器的布置方式,研究了地音监测与微震监测、在冲击地压预报中的实时和短时预报的技术优势。通过对地音监测的监测结果数据统计分析,反映了煤岩体在采场采动、上覆岩层运动时,煤岩层的微破裂程度,遭到破坏的能量释放过程。监测结果表明：地音监测能够对冲击事件的发生起到提前预测的作用,地音监测技术的现场使用,以及与微震监测技术的联合应用,将成为冲击危险预测预报更行之有效的手段。     

微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下：煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。     

露天矿无线微震监测系统建设及应用分析

我国露天矿逐步进入深部凹陷开采阶段,高陡边坡数量日益增多,滑坡事故已成为露天矿安全生产的重大安全隐患,严重威胁矿山安全生产。微震监测技术作为一种覆盖全矿的有效边坡监测预警手段已被行业广泛认可。通过岩体微破裂感知、弱信号提取、无线传输、数据处理分析等技术形成了无线微震监测方案,在某露天矿完成了无线微震监测系统建设,采用长短时窗结合AIC方法实现了波形到时自动拾取,采用台网自动优选震源定位方法实现了震源自动定位,经爆破验证,台网内震源定位误差为8.15%,台网边缘震源定位误差为8.28%,满足某露天矿危险源震源定位精度要求,实时有效地保障了矿山安全生产。     

郭屯煤矿ARAMIS M/E微震监测台网的优化设计研究

本文应用微震震源定位理论和D值优化设计理论,结合郭屯煤矿重点监测区域实际情况确定了ARAMIS M/E微震监测台网布置方案,提出了确定台站位置的一般原则,同时利用定位误差云图对台网布置方案进行了数值仿真模拟。结果表明郭屯煤矿微震台网的设计能够满足当前监测要求,有效为冲击地压的预测预报提供基础数据。     

基于微震系统的基本顶周期来压监测

利用微震监测系统,可有效监测到工作面基本顶的活动情况,降低煤矿冲击地压造成的灾害损失.对义煤集团公司跃进煤矿25采区25110工作面微震监测的应用情况进行了分析,总结了在冲击地压矿井利用徽震监测工作面周期来压的发生情况及规律,为矿井安全、冲击地压治理、高效生产奠定了基础.     

微震监测技术在集贤煤矿冲击地压防治中的应用研究

根据集贤煤矿微震事件的监测结果,从微震事件的能量分布、空间位置分布、与工作面推进和组织生产的关系等方面,对微震事件的发生规律和分布特征进行了分析,得出冲击地压发生前的微震活动特征及微震事件能量与冲击地压的关系,并对高冲击危险区域进行了判定,进而对集贤煤矿的冲击地压灾害的防治提出了建议,为冲击地压灾害的防治提供了依据。