设为首页 | 收藏本站 | 内部员工系统
   
         
         
                         
  您现在的位置:首页 > 物探技术 > 地震技术 > 信息内容 我要注册   忘记密码? 
中国矿井物探网 - 物探技术 - 某矿工作面微震监测探测成果
 
某矿工作面微震监测探测成果
    前言
某矿某工作面开采受底板灰岩岩溶水水害威胁,为全面有效监测工作面回采期间底板采动破坏带对灰岩含水层的影响及地层应力变化,实现水害实时监测预警,提升工作面回采的安全可靠性,某矿根据《安徽省煤矿防治水和水资源化利用管理办法》要求,委托招投标中标单位福州华虹智能科技股份有限公司(以下简称“华虹公司”)开展某工作面底板水害微震监测工作。
一、项目概况
1、目的和任务
(1)监测某工作面回采期间,底板灰岩一定范围内隐伏导含水构造、裂隙薄弱带发育等水文地质异常。
(2)监测工作面地质异常体及突水危险地段,并进行评价。
(3)对某工作面回采期间顶、底板“三带”发育规律进行总结、评价。
(4)负责工作面日常的微震监测数据的处理、解释工作。
(5)系统安装调试前,乙方技术服务人员到矿驻点,积极完成系统安装调式并与矿方进行密切技术交流;系统正常后,乙方技术服务人员根据矿方需要及时对采集分站及服务器进行维护。
2、工作面概况
井田为全隐伏式井田,区内地层由老至新分别有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、新生界(第三系、第四系),其中二叠系山西组和上、下石盒子组为区内主要含煤地层。
某工作面煤(岩)层产状:25~48°∠4~35°。在倾向上呈一单斜构造,走向上发育背斜构造,轴向东西,斜切工作面,影响范围:200m×127m(走向×倾向);工作面内发育断层14条,其中回采范围内发育13条断层,断层落差≥2m的3条,最大落差2.5m;DF13断层(H=12.5-24.5m)为边界断层,不在回采范围内。工作面圈定1个坑透异常区。
1#坑透异常区:断层影响异常区,发育10条断层,落差大于等于2m的3条,预计影响范围210m×124m(走向×倾向),影响程度H<1煤厚,对回采影响较大,尤其对工作面初采初放影响很大。
工作面主要水害为顶板砂岩裂隙水、底板灰岩岩溶水、工作面采空区积水。
二、矿井水害微震监测技术
1、微震监测系统布置
某煤矿某工作面监测长度540 m,为了全面有效监测工作面回采期间底板采动破坏带对灰岩含水层的影响及地层应力变化,设计微震监测检波器16个、分站1个。监测阵列布置采用全包围式布置,某下顺槽布设 6个微震检波器,下顺槽底抽巷布设4个微震检波器,上顺槽布设6个微震检波器。测点间距85m。工作面两顺槽检波器安装在工作面底板,底抽巷检波器安装在底抽巷顶板。分站安装在11613底抽连巷临时硐室中。

图1 微震监测传感器安装示意图
2、系统简介及系统组成
KJ1465矿用微震监测系统一般可以采用集中式和分布式两种布置方案,分别用于单个采场和整个矿井区域的监测。KJ1465矿用微震监测系统的检波器选用高灵敏度、宽频带的震动传感器,可以监测包含低频、中频、高频的各种岩层震动等信息,再由具有多功能的微震事件后处理软件展示和解释后为工程技术人员提供信息。在信号传输方面,KJ1465矿用微震监测系统采用了先进的电缆+光纤传输技术,光纤传输距离:单模,1310nm,最大传输距离10km,满足大型矿井的信号传输要求,监测范围也大大增加。此外,井下震动信号实时传输到地面计算机(监控、处理)后,经过自动(手动)定位、平面、剖面展示,可以清楚的了解井下微震事件的位置、能量,提供科学可靠的有用信息。
KJ1465矿用微震监测系统结构如下图所示,安装在测区内的微震检波器接收震动信号,传输至微震监测分站,通过光缆或环网将信号传经由地面光端机传输至数据采集、数据存储及处理主机(计算机),数据处理将对信号进行二次滤波、降噪处理,并进行微震事件的定位分析与多方位展示。

图2 井下系统结构图
KJ1465微震监测系统包括地面系统和井下系统。
地面系统由采集服务器(微震数据采集与硬件监控系统)、处理服务器(微震数据处理与震害分析系统)、UPS电源、授时服务器等组成。采集服务器完成数据的采集与管理。处理服务器实现对采集的数据的分析处理与震害评估。UPS电源和授时服务器为系统提供电源和时间同步。
井下系统由KDW127/18B矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、KJ1465-F矿用本安型微震监测分站、GZC28矿用本安型检波器、矿用电缆及其他必要设备组成。KDW127/18B电源为井下设备供电。KJ1465-F微震监测分站实施数据的采集与传输。GZC28检波器实现震动信号的检测。矿用电缆完成井上与井下设备的网络连接,见下图。

图3 微震监测分站及定位检波器
3、微震监测原理
微震是与岩石的力学现象密切相关的,岩石在外界应力作用下产生形变,当能量积聚到某一临界值时,就伴随有弹性波或应力波在周围岩体快速释放和传播,该微震现象产生的微破裂信号通过精密仪器拾取放大和过滤,经过软件计算和分析最终确定微破裂岩体所发生的位置和微震事件的发震位置、时间信息,根据岩石破裂时的时空分布规律可以推断其宏观破裂的发展趋势,判断潜在的灾害活动规律,从而为灾害风险提供预警预报。
微震事件的发震位置、时间信息是其基本属性,而相应的运动学、动力学属性需要结合地质层位、岩石物理性质、巷道工程及煤系地层的相对位置密切相关。微震震源的动力学、运动学属性的进一步分析,需要一系列的基础研究和基础工作作为前提,如为了获得经济合理且覆盖范围广、监测效果好检波器布置方案需要进行整列优化原理研究;为了得到相对准确的定位结果则需要从噪音信号中去伪存真,拾取有效的微破裂信号,进而确定微破裂的起震时刻,即拾取初值时刻;当然,适应不同地质条件和信号质量的优质定位算法也必不可少。
三、微震监测成果统计分析
1、微震事件及能量分析
某煤矿某工作面于2023年5月10日开始初采,微震监测伴随整个回采过程,于2022年11月10日停止监测,共计监测183天。微震事件8319个,日均约45个。监测期间微震系统运行状况良好,事件日变化情况如图6所示,根据事件时空演化规律及现场回采,将微震监测分为4个时段,平面图如图7所示。

图6 微震事件统计直方图

图7 工作面微震监测分段平面图
根据某工作面回采过程中构造揭露情况,以及微震监测过程中事件发育的时空演化规律,将整个监测过程划分为4个阶段,分别为①断层集中带影响区(2023.5.11~2023.7.20)受初次来压、和断层带的影响,事件数量较多,且底板事件发育较深、事件以小能量为主,受初采应力集中及断层集中带影响,大能量事件较多②中部正常回采区(2023.7.21~2023.8.20)由于地质条件简单,事件数量大幅减少,事件以小能量事件为主。小能量事件占比上升,中、大能量事件占比回落。③中部综合物探异常影响区(2023.8.28~2023.9.16)受揭露断层和中部物探异常影响,事件数量增加,近煤层事件占比高,事件仍以小能量事件为主。受综合物探异常区影响,中、大能量事件占比有所上升。④末采期(2023.9.17~2023.11.10)末采期地质情况相对稳定,事件数量下降,事件以小能量事件为主。小能量事件占比上升,中、大能量事件占比回落。
2、顶底板破坏分析
(1)顶板事件发育高度分析
研究微震顶板事件分布和发育高度,对于工作面进行顶板矿压管理、保障工作面安全有序开采,具有重要的指导意义。
微震监测数据统计情况:
根据微震事件发育情况,提出回采过程中冒落带发育高度统计的两个指标:①占比变化率小于3%;②累计占比大于70%。微震监测选取某工作面3煤顶板14~15 m为冒落带的最大发育高度。
提出回采过程中导水裂隙带发育高度两个指标:①占比变化率小于0.4%;②累计占比大于95%。微震监测选取某工作面3煤顶板48~51 m为冒落带的最大发育高度。
经验公式预计计算情况:
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中提供的冒落带和裂缝带高度的计算公式,计算3煤层两带的发育高度。参照该矿相关钻孔资料,3煤层覆岩60m范围内主要有中砂岩、砂质泥岩、粉细砂岩等,属于中硬岩层。
按中硬岩层冒落带的发育高度经验公式(1)预计结果为:
(1)
式中Hm—冒落带发育高度,m;
—累计采厚,m。
某工作面工作面煤层最大开采厚度4.3m,计算得出的冒落带高度为10.97±2.2m,取其上限为13.17m。
按中硬岩层导水裂隙带的发育高度经验公式(2)预计结果为:
(2)
式中Hli—导水裂隙带发育高度,m;
—累计采厚,m。
某工作面工作面煤层最大开采厚度4.3m,计算得出的导水裂隙带高度为41±5.6m,取其上限为46.6m。
综上,微震监测工作面冒落带高度约为3煤顶板14~15 m,采空区裂隙带发育高度范围为48~51m。与经验公式计算数据吻合度较高。
(2)底板破坏深度分析
某工作面主采煤层是3煤,底板下伏含水层主要有太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层。开展底板事件发育深度研究对底板破坏深度分析,以及底板隐伏导水构造的探查有重要意义。
微震监测数据统计情况:
根据微震事件发育情况,提出回采过程中底板破坏最大发育深度统计的两个指标:①占比变化率小于4%;②累计占比大于60%。微震监测选取某工作面3煤底板19~20 m为底板破坏最大发育深度。
验公式预计计算情况:
煤层底板采动破坏深度的研究对底板水害防治有重要意义,是煤矿水害致因机理研究极为重要的部分。进入深部下组煤开采后,底板水害较浅部日益严重,底板破坏深度的分析研究显得尤为重要,直接关系到底板隔水层的厚度及其阻水能力。“下三带”理论经验公式基于弹性力学,第一次给出了计算公式,建立在基本假设基础上,如连续均质、各项同性等。底板破坏带根据李白英等推导的经验估算公式,底板破坏深度h1的计算公式为:
(1)
式中,H为采深,m; 为地层倾角,°;L为工作面斜长,m。
根据某工作面的相关数据,取采深553~652 m,煤层倾角平均25°,倾向长139 m,计算底板破坏深度为20.34226 m。
综上,微震监测工作面底板破坏最大发育深度约为3煤底板19~20 m,与经验公式计算数据吻合度较高。
3、初次来压微震响应
开切眼后,随着回采工作面的不断推进,老顶悬露面积增大,煤岩体内部应力集中,老顶发生初次断裂,工作面初次来压。微震监测响应:近煤层事件频次突增,大能量事件占比增加。2023年5月10日工作面开始回采,5月18日起,微震事件能量释放和频次突增,26日能量释放达到峰值。5月18日微震事件在工作面上部大量聚集,结合微震监测和回采进尺,分析为工作面上部局部来压;23日微震监测能量和频次再次出现一个峰值,工作面中下部出现大能量事件聚集,分析为工作面中部和机头侧初次来压。通过对比矿方提供的矿压资料,通过微震监测分析5月18日和23日工作面分别局部来压,初次来压步距约为37.7 m。初次来压期间,两次来压时底板事件发育深度分别为24m和22m,为底板事件发育的相对大值,矿压显现,同时太原组灰岩事件层位事件均出现一定增长,底板应力扰动深度增加。
4、初采和断层破碎带叠加微震响应
影响工作面回采的边界断层有11条,SF11613-6断层、SF11613-7断层、SF11613-8断层、SF11613-9断层、NF171断层、SF11613-3断层、SF11613-11断层、NF171断层、SF11613-1断层、NF97断层、SF11613-12断层、SF11613-4断层。由于断层的存在,初始应力场明显地产生挠动,在断层破坏带内应力表现为低应力区,其旁侧存在附加高应力集中区。回采揭露(或隐伏)断层在回采过程中将直接影响煤层顶、底板岩层的变形破坏规律和矿压分布,对煤层顶、底板的稳定性产生不利的影响。以下从微震监测角度分析回采过程中11条断层的反应。工作面切眼附近断层较为集中,断层最大落差3~4m。

图8 初采期断层微震响应
监测过程中,下顺槽NF171断层、SF11613-3断层影响区域微震事件较为密集,多分布小能量微震事件,最大能量8759J。分析工作面初采矿压显现、断层附近岩体较为破碎、下顺槽为巷道超高段综合叠加影响。
四、结论
(1)某工作面微震监测工程项目监测周期为2023年5月10日至2023年11月10日,共计183天。微震事件共计8319个,日均约45个,向矿方提供日报342份、周报27份、月报7份。
(2)微震事件分布主要受采动矿压、综合物探异常区、断层构造影响。监测过程中未发现构造活化,未监测到隐伏导水构造,未发现裂隙薄弱带,未发现深部地下水活动异常。工作面安全回采,未发生出水。
(3)微震监测某工作面顶板冒落带高度为14~15m,导水裂隙带高度为48~51m,底板破坏深度为19~20 m,事件最深发育在C33上灰岩含水层。
该矿通过运用本公司产品建立微震监测系统对工作面顶底板岩层进行动态监测,探测地质构造及其影响,动态监测工作面与区域内的地质条件变化,通过监测、评价和查明工作面回采阶段下方隐伏导水构造随回采活化、导水情况,做到超前预警,为防范突水事故提供实用指导。
上一篇: 巷道随掘超前地质探测技术及应用
下一篇: 煤矿智能全息水文地质管控平台构建
添加日期:2024-1-3   浏览次数:461
 
   
   产品类别  
 
  地震仪器   电法仪器   瞬变仪器
  坑透仪器   化探仪器   地测仪器
  钻孔仪器
 
产品咨询热线:0591-83827186
福州华虹智能科技股份有限公司
  物探技术TOP  
 
   音频电透视和瞬变电磁在工作面顶板富水...
   金三角煤矿井下物探应用实验...
   综合物探在断层探测上的应用...
   基于综合物探技术的掘进工作面富水性超...
   地震波和瑞利波技术综合探测构造体的应...
   物探技术在路基岩溶探查中应用...
   矿井综合物探技术在巷道前方超前探测中...
   淮南矿区A组煤层底板灰岩钻孔瓦斯喷孔...
   基于多源数据的高精度三维地质模型建立...
   综合物探方法在断层导水带探测中的应用...
   综合物探技术在回采工作面煤体结构异常...
   煤矿井巷间地质构造及其异常多波联合探...
   某矿掘进工作面瞬变电磁法与地震MSP...
   那罗寨煤矿薄煤层不稳定性评价...
   测线分类在坑透反演成图中的应用...
   综合物探在探测陷落柱边界中的应用...
   龙煤某矿-310立井石门水情水害综合...
   综合物探技术在冒落区注浆效果评价中的...
   基于原始坑透场强数据特征分析方法的回...
   某矿3下7111工作面尹家洼断层的综...
   KJ418-DF水文遥测系统在地面深...
   中国矿井物探技术发展现状和关键问题...
   综合物探技术在田陈煤矿防治水中的应用...
   槽波透视勘探技术在淮北某矿8102里...
   煤矿深部开采地质保障中的综合物探技术...
   分布式光纤在煤矿两带监测中的应用...
   煤矿智能全息水文地质管控平台构建...
   综合物探技术在探测工作面富水性及地质...
   综合物探技术在松藻矿区梨园坝煤矿的应...
   某煤业XX工作面综合物探工程成果报告...
   某煤矿XXXX工作面巷道围岩变形监及...
   综合物探技术在探查小煤窑破坏区中的应...
   CXK90/360钻孔测斜成像测井仪...
   综合物探方法在探查采煤面底板导水通道...
   地面与井下物探联合精细探测小型断层构...
   高精度磁法火烧区探测应用实例...
   YHZ90/360矿用本安型钻机开孔...
   山寨煤矿1201综放工作面底板起伏段...
   无线电波透视与槽波地震综合探测技术在...
   某煤矿7煤层“两带”高度成果报告...
   YHZ90/360矿用本安型钻机开孔...
   某煤矿“两带”高度实测工程成果报告...
   基于微震分析法的厚煤层导水裂缝带高度...
   宿州煤电(集团)某矿1021工作面并...
   无线电波透视技术在凤凰山煤矿中的应用...
   无线电波透视技术在大倾角薄煤层工作面...
   无线电波透视技术在探查工作面隐伏地质...
   “无线电波透视CT探测技术”在井下的...
   YDT88矿用无线电波透视仪在唐安煤...
   无线电波透视法在界沟矿8220工作面...
   基于测线分类的无线坑透初始场强求取探...
   无线电波透视快速勘探技术及其应用...
   山西煤运集团某矿8103回采工作面无...
   地质异常体在坑透中的响应特征...
   井下无线电波坑道透视探测报告...
   YDT88矿用无线电波透视仪在山寨煤...
   坑透经验交流...
   低频(88KHz)无线电波透视技术在...
   唐安矿3301工作面YDT88矿用无...
   YDT88(A)矿用无线电波透视仪在...
   无线电波透视仪的影响因素以及排除方法...
   YCS512矿用本安型探水仪的经验总...
   矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加...
   山东新查庄矿业8509工作面底板富水...
   强干扰背景条件下TEM探测铁矿资料解...
   地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进...
   矿井瞬变电磁技术...
   YCS256矿用本安型瞬变电磁探测报...
   瞬变电磁勘探在Ⅱ617工作面水害防治...
   使用瞬变电磁对工作面上覆含水层富水性...
   YCS512矿用本安型探水仪在地面探...
   YCS256矿用本安型瞬变电磁仪稠木...
   小功率瞬变电磁仪在浅层溶洞探测应用探...
   蒙西泊江海子矿3-1煤层掘进开拓超前...
   井下瞬变电磁法超前探测中锚杆干扰定量...
   YCS512矿用本安型探水仪水仓实验...
   YCS512矿用本安型探水仪在探测构...
   巷道掘进瞬变电磁法跟踪超前预报分析...
   井下瞬变电磁法多测线探测导水裂隙联合...
   瞬变电磁法技术知识问答...
   瞬变电磁法现场探测条件与探测结果的关...
   瞬变电磁法在煤矿采空区积水探测中的应...
   地面瞬变电磁法在山西某矿采空积水区探...
   瞬变电磁技术在煤层顶板防治水中的应用...
   地面瞬变电磁法在甘肃某矿内光伏区的试...
   瞬变电磁仪YCS512井下现场探测干...
   巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测模拟及...
   瞬变电磁法在忻州窑矿的应用...
   矿用瞬变电磁法在隧道超前预报预测中的...
   瞬变电磁探测技术及在潘一矿东区的应用...
   井下瞬变电磁探测空间金属体干扰影响测...
   山西介休某煤矿地面瞬变电磁法勘探成果...
   坑道瞬变电磁全程数据分析及1:1含水...
   瞬变电磁技术在煤矿掘进中的应用分析...
   界沟矿8220工作面瞬变电磁探测报告...
   国产矿井瞬变电磁仪的性能试验研究与进...
   智能采掘全生命周期电法探(监)测系统...
   电法勘探基础常识...
   三维并行电法在探测界沟矿岩层富水情况...
   某矿Ⅲ610工作面底板电法探测成果报...
   有效电法数据的采集与识别...
   电法监测技术在工作面回采水害预警的应...
   直流电法超前探测在煤矿岩巷施工中的应...
   并行三维电法分段探测在恒源矿Ⅱ628...
   并行电法透视系统在界沟矿7212工作...
   双巷三维并行电法数值及物理模型试验研...
   采用网络并行电法仪探测采煤工作面无煤...
   无线电波透视法和地震波法在工作面构造...
   并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应...
   基于并行直流电法和瞬变电磁的综合物探...
   电磁法探测煤矿地震异常区影响范围富水...
   应用三极断面测深技术探测井下含水构造...
   复杂岩体水渗流地电场响应试验分析...
   无线电波透视技术在煤矿安全生产中的应...
   山西某矿10103工作面无线电波透视...
   河北唐山某矿3095回采工作面音频电...
   矿井工作面底板水害探查方法对比试验...
   GPS-RTK技术在煤矿地面测量工作...
   新庄孜矿煤体瓦斯含量与震波衰减特征分...
   综合物探方法对断裂构造探测的应用...
   二、三维联合展示法在微震监测项目中的...
   单点探测技术与应用...
   MCU平台技术...
   32位嵌入式平台技术...
   矿井震波超前探测技术(MSP)...
   煤矿巷道随掘震电超前探测技术研究进展...
   井筒壁后注浆质量反射波法检测技术...
   巷道随掘超前地质探测技术及应用...
   巷道前方地质构造MSP法超前探测技术...
   地震勘查技术在井下采空区(巷道)的应...
   地下工程震波技术与应用...
   MSP技术及其在巷道构造超前探测中的...
   某矿工作面微震监测探测成果...
   坑透和并行电法探查大面宽综采工作面...
   与地震勘探有关的各种地震波...
   时距曲线的概念...
   矿井震波CT技术...
   大断面巷道掘进围岩条件震波联合测试模...
   CXK14.8矿用钻孔测斜成像测井仪...
   浅谈地震波单点迎头超前探技术在龙煤集...
   高分辨率矿井震波探测技术...
   矿井地质探测仪在葛亭煤矿的试验...
   矿井震波探测技术在河东矿中的应用成果...
   柴里煤矿23614工作面矿井巷道震波...
   矿井地质探测仪在构造超前探测中的应用...
   分布式震波勘探系统的应用...
   震波单点超前探测技术在煤矿井下石门揭...
   矿井分布式震波探测仪在探测地质构造中...
   瞬变电磁重叠覆盖超前探水模拟测试研究...
   MSP技术在灵北煤矿陷落柱探测中的应...
   槽波反射法在工作面构造探测中的应用...
   矿井地质探测仪对断层及煤厚变化探测的...
   KDZ1114-8C30矿井地质探测...
   MSP技术在数据采集过程中的经验总结...
   矿井地震勘探技术在某矿南翼机轨合一巷...
   矿井坑道音频电法超前探测模拟及其应用...
   山东某矿掘进迎头MSP超前物探成果报...
   MSP技术在迎头前方小断层预测预报中...
   矿井地震技术在新安煤矿岩墙探测中的应...
   回采工作面两顺槽已揭露陷落柱的实测场...
   KZD1114-8C30矿井地质探测...
   探地雷达和地震映像法在海堤爆填块石厚...
   煤矿井下微震事件波形研究与处理...
   地震勘探技术在山东某矿3上104工作...
   槽波反射法在某矿断层探测中的应用究及...
   矿井地质探测仪在矿井构造探测中的应用...
 
 
 
  | 内部员工系统 | Copyright 2012-2015,All Rights Reserved 闽ICP备16035085号  

闽公网安备 35010202000168号

主办单位:中国矿业大学地 球物理研究所 安徽理工大学物探研究中心 安徽惠洲地下灾害研究设计院 福州华虹智能科技股份有限公司
域名:www.kjwt.cn◆◆◆中国矿井物探网.中国 ◆◆◆ www.kjwt.org
本站已有 人访问: