陳 峰

（山煤集團(tuán)豹子溝煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041203）

微地震監(jiān)測技術(shù)是基于聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué)[1-2]，通過監(jiān)測采場周圍巖層發(fā)生破裂時，產(chǎn)生微弱的地震波，采集微震數(shù)據(jù)，得到巖層微地震活動的三維空間位置的技術(shù)[3]。山西豹子溝主采的其中一個煤層的二1煤，煤層厚度1.23～7.16m，平均5.31m，頂板為4.8～10.9m，平均6.0m的大占砂巖，井田構(gòu)造為走向北西、傾向南西，傾角2～6°，局部較大為12°，總體為單斜構(gòu)造。構(gòu)造特征以斷裂為主，發(fā)育的斷層有NE向、NW向和近EW向三組，其中以NE向?yàn)橹?。利用微震監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測該礦工作面的意義在于可以直觀地、準(zhǔn)確地得到該礦工作面直接頂、老頂位置，以及超前影響壓力的范圍等礦山壓力顯現(xiàn)指標(biāo)，為工作面安全高效生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 微地震監(jiān)測技術(shù)

微地震監(jiān)測技術(shù)起源于地震行業(yè)，進(jìn)一步發(fā)展后應(yīng)用于礦井圍巖情況監(jiān)測，在發(fā)展前期受監(jiān)測精度和監(jiān)測手段等問題影響，該技術(shù)不能很好地推廣應(yīng)用，在國內(nèi)專家姜福興[4]等進(jìn)一步改進(jìn)完善后，在塔山礦已成功應(yīng)用，其他礦也進(jìn)一步推廣。該設(shè)備主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要由防爆計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集板、前置放大器、數(shù)據(jù)通訊調(diào)制解調(diào)器和三分量微地震傳感器與電纜等主要部分組成，軟件系統(tǒng)主要由操作系統(tǒng)、微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊程序和數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序庫等組成。

2 測區(qū)布置方案

2.1 監(jiān)測工作面概況

監(jiān)測的28104工作面東臨已采的28103工作面，西邊為西翼軌道運(yùn)輸巷，南邊臨近準(zhǔn)備工作面28105工作面，北邊為保護(hù)煤柱，在28104工作面東南方向有斷層DF37，所監(jiān)測的工作面順槽長1800m，工作面長度為210m，面積為378000m2，煤層厚度為5.31m，傾角較小平均4°，為近水平煤層；煤層埋深平均570m，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

2.2 測區(qū)布置原則

結(jié)合本工作面實(shí)際情況，確保測區(qū)能形成可靠的監(jiān)測結(jié)構(gòu)，降低監(jiān)測誤差，需要對該工作面的頂板和底板進(jìn)行臺網(wǎng)測點(diǎn)布置，工作面測區(qū)布置原則為：一是在工作面只需布置一條測線，即在軌道巷道布置即可，因?yàn)楣ぷ髅鏋榻?，圍巖運(yùn)動與應(yīng)力分布按照工作面中線對稱；二是布置足夠多的測點(diǎn)，即在工作面切眼100m處布置第一個鉆孔測點(diǎn)，向外每隔30m布置鉆孔測點(diǎn)，直到距工作面切眼600m處為止，并均勻布置12個檢波器來監(jiān)測巖層破壞規(guī)律，確保監(jiān)測精度和可靠性。

2.3 鉆孔設(shè)計(jì)的參數(shù)

監(jiān)測的28104工作面布置12個監(jiān)測檢波器，監(jiān)測的鉆孔共計(jì)27個，其中頂板鉆孔14個，底板鉆孔13個，鉆孔直徑97mm，監(jiān)測分站布置在距軌道巷開切眼650m處，微震檢測系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

圖1 微地震監(jiān)測系統(tǒng)井下結(jié)構(gòu)組成圖

3 高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)標(biāo)定及數(shù)據(jù)采集

3.1 高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)標(biāo)定

微震監(jiān)測系統(tǒng)布置安裝之后，需要進(jìn)行人工放炮來標(biāo)定傳感器的安裝方向、檢查各傳感器的極性是否正確以及確定微地震波在介質(zhì)中的傳播速度。結(jié)合該工作面實(shí)際地質(zhì)情況，將人工放炮孔布置在距開切眼107m處的頂板巖層內(nèi)，深度38m，共裝藥1.8kg，一次起爆。標(biāo)定炮成功起爆后，各檢波器都記錄到了有效的波形，信號收到的很好，檢波器監(jiān)測工作正常。微地震定位結(jié)果為：[7193.16，9239.16，-493.52]，放炮實(shí)際震源坐標(biāo)為[7186.1，9241.2，-492.2]，誤差分別為X=7.06m，Y=2.04m，Z=1.32m，平均誤差3.473m，定位精度能夠滿足工程應(yīng)用。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及處理

監(jiān)測結(jié)果可以定時自動記錄，數(shù)據(jù)的收集可以通過人工到井下手動拷貝數(shù)據(jù)，也可以通過上、下光纖自動傳輸。由于該監(jiān)測工程數(shù)據(jù)量大，該監(jiān)測采用上、下光纖自動傳輸數(shù)據(jù)，該方法數(shù)據(jù)傳輸具有速度快、誤碼率低、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

微震監(jiān)測系統(tǒng)于2016年7月22日開始接收數(shù)據(jù)，并隨著工作面的推進(jìn)，不斷接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行定位分析，部分微震事件統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 微震事件統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)微震事件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以分析得到，該工作面的微震傳播以煤巖分裂模式傳播，在頂板傳播的速度和底板傳播的速度不同，低位層位在0～30m，直接頂位于低位層位的下部厚度約12m，老頂在低位層位上部厚度約18m，低位層位微震事件密集顯現(xiàn)，高位層位在30～55m，微震事件低密度分布，在12～45m巖層層位斷裂呈弱周期性發(fā)生，工作面超前支承壓力影響范圍為120m左右，頂板破裂高度在30m左右，最大可達(dá)80m。

4 結(jié)論

以28104工作面為工程背景，科學(xué)合理布置微震監(jiān)測測區(qū)，人工放炮確定高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)標(biāo)定，對監(jiān)測數(shù)據(jù)收集處理，得到工作面圍巖移動規(guī)律，為工作面的礦山壓力控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。