中国煤炭：特厚煤层综放面高精度微震监测技术的应用

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1、中国煤炭，2008,34(8)；64-66.特厚煤层综放面高精度微震监测技术的应用黄庆国1，高润平2（1.山西大同大学工学院，山西省大同市　037003；2.同煤集团公司塔山矿技术部，山西省大同市　037003）摘　要:为了研究同煤塔山特厚煤层综放面围岩运动的规律，根据综采放顶煤工作面的实际情况，按高精度微震监测技术的要求，确定了测区布置的原则，分析了影响监测定位精度的主要因素，对采集数据进行了研究比对，初步得出了塔山煤矿特厚煤层综放工作面围岩运动参数。关键词:特厚煤层　综放　高精度微地震监测　微地震监测技术是一种新型

2、的高科技监控技术：该技术可应用于多种工程技术及科学研究领域，它是通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件，来监测其对生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理技术。其基础是声发射学和地震学，当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、移动时，产生一种微弱的地震波向周围传播，通过在破裂区周围的空间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，并在三维空间上显示出来。1　高精度微地震监测技术国内外微地震监测技术多是从大地地震行业转化过来的，将之用于煤矿井下主要存在2个问题：一是监

3、测仪器的精度和定位软件不能满足煤矿精确定位的要求；二是国外在煤矿开展这项工作时，一般在地面向下打钻，用灌浆法安装检波器，监测主机也放在地面，因此操作起来相对简单。而国内的煤矿深度一般在400m以上，地面钻孔显然已不经济，而且不易操作。监测仪器必须放在井下，而且要防爆。针对这些问题，北京科技大学姜福兴、张兴民研制成功了井下防爆型高精度微震监测仪器并获得了专利。他们把高精度微震监测技术应用到了塔山煤矿。高精度微震监测系统包括硬件系统和软件系统两大部分。1.1　硬件组成微地震监测系统硬件主要由以下部分组成：防爆计算机；前置放

4、大器；数据采集板（卡）；三分量微地震传感器与电缆；数据通讯调制解调器；专用发爆器；电源；通讯电缆。其中，防爆计算机是最重要的一种硬件设备。塔山矿监测系统采用浪潮CYBF001型防爆计算机。该计算机有隔爆型外壳，有规定的防爆结合面参数，表面温度不大于规定值。符合GB3836-2000爆炸性气体环境用电器设备标准。硬件系统的特点是集成度高、防爆，可以实现井下和地面的通信。通过在2个煤矿的应用，证明了在精度、可靠性、监测范围等方面,完全满足煤矿的要求。达到的主要技术指标和参数如下:接收道数64道；最小采样间隔0.125～2m

5、s；记录精度16位；最大记录长度512～4096样点，根据需要可扩展；前放固定增益1～100倍；程控增益1、2、4、8倍；前放静态工作电流每道小于15mA；最大交流输入、输出信号电压±10V；前放输出直流漂移小于100mV；前放通频带宽度10～1500Hz；记录时间一致性误差±1ms；记录振幅一致性误差小于3%；前放功耗小于20W；可以在有爆炸危险的环境应用。同时，与监测系统配套的新型检波器及其安装技术也取得了进展。煤矿井下向上钻孔内检波器“串”的安装方法，一直是一个难题。因此，同时开发研制出了2种检波器及其安装方法：

6、①液压安装法适用于钻孔深度在50m以内的中硬及硬岩层，且检波器可以回收复用；②药包安装法适用于软弱的岩层和深度50～100m的钻孔。这两种方法已经在现场试验成功并开始在工程中应用。1.2　软件配置高精度微地震监测系统软件配置主要包括操作系统、数据采集卡驱动程序库、微地震监测数据采集软件系统以及数据通讯程序。高精度定位软件和系列工程应用软件是监测系统的重要组成部分，通过研究煤矿采煤工作面尺度与微地震监测控制尺度的关系，提出了提高小尺度监测精度的传感器布置方法、平均速度结构以及多点“四－四复合”定位等观点和实现技术。并研制

7、了“四－四复合”定位软件。为了将微地震监测的结果转化成采矿工程师能够直接应用的产品，开发了系列应用软件。有代表性的软件为：将微地震定位结果直接合成到开拓开采平面图和剖面图上的软件，通过它可以直观地看到破裂过程与开采过程的关系；在破裂点分布的平面图上，作出任意位置剖面图的软件，通过它可以了解和观察顶底板的破裂情况和矿山压力的分布特征；配合数据分析还研制了破裂过程的动态显示软件及微地震事件的统计分析软件。2　测区布置方案2.1监测工作面概况8103工作面以东与大同市南郊区塔山矿为界，南面以1070回风巷为界，连通1070皮

8、带巷、辅运巷，西面为设计的8104工作面未开拓，北邻雁崖矿长胜里住宅区保护煤柱。上覆侏罗系11号、14号煤层，局部为同煤麻地湾与矿区胡家湾煤矿等小煤窑开采区，层间距为290～370m。采面地表标高1408～1561m，工作面底板标高1010～1045m，煤层埋深363～551m。工作面走向长2793m，倾向长230.5m，面积64