煤矿安全管理工作中的微震监测技术分析

李鑫

神东开拓准备中心综掘三队 陕西省榆林市 719315

摘要：我国煤炭资源赋存条件复杂,消耗量大，随着浅层煤炭资源的减少,煤矿开采深度增加、强度提高,煤炭开采的环境也变得更加复杂,矿山开采过程中冲击地压、煤与瓦斯突出、突水等动力灾害发生次数增多,这些灾害都是因为采场应力扰动或地质构造引起的空间微破裂萌生、发展、贯通等煤岩体破裂过程失稳的结果。微震监测系统通过对煤岩体破裂过程中释放的微地震信号、位置和能量等信息进行采集及处理分析,研究煤矿岩体内部的应力分布特征、煤岩层破裂演化规律等,对煤矿内出现的动力灾害进行监测和预防,为安全开采提供保障。

关键词：煤矿安全管理；微震监测；技术 

随着煤矿开采深度的不断增加，微震监测技术已成为煤矿安全生产中的监 测预警手段之一。微震监测技术具体指的是在煤矿内的各个方位通过设置具有特定功能的传感器，对矿井内的振动情况进行记录，从而推断出岩石结构的应力变化以及破坏情况。通过及时有效的采取防治措施，从而避免安全事故的发生。与传统技术相比，微震监测技术具有远距离、动态、三维和实时监测的特点，还可以根据震源情况确定破裂尺度和性质，从而为确定煤岩体的破坏程度提供依据。

一、微震监测技术原理

煤岩体受到采掘或温度等扰动影响会产生变形,其内部积聚的弹性应变能以地震波的形式迅速释放的现象称为微地震(MS) ，高灵敏检波器可以自动采集煤岩体破裂过程的微震信号及其他信息,通过软件记录、处理和分析微震信息,以推断和分析微震事件发生的时间、位置、能量等震源特征的技术称为微震监测技术。 还可通过软件对监测的信息以三维立体形式呈现,结合地震学原理对煤岩体应力应变状态进行分析,深入了解煤岩层的破坏程度及其他性质,对监测对象的破坏和安全状况做出评价。

二、微震监测技术特点

微震监测系统通过单轴或三轴传感器,以排列的方式安装固定在煤矿监测区域中,可以将煤岩体内部产生的微震信号实时传递到井下数据转换中心,最终到达地面监测站终端监控计算机,通过对微震数据进行空间定位分析的软件进行处理和分析,可以实现对煤矿实时监测数据的三维立体呈现和高精度定位。 随着数字技术和光纤通讯技术的发展,微震监测技术可以实现信息的远程传送和监测,利用局域网实现多用户可视化监测,实现数据共享,为实时监测分析提供便捷。

三、煤矿安全管理中微震监测技术的应用

1、监测预测冲击地压。在进行煤矿开采时，如果煤矿的矿体或周围的岩体受变形压力的影响，出现动力释放的情况，就会对煤矿的安全造成严重危害。冲击地压的发生具有复杂性和突发性，且危害较大，是煤矿安全管理工作中的一项重要内容。发生冲击地压时，会造成岩体破裂，并释放出地震波，造成矿体及周围岩体的扰动。因此，要对冲击地压进行有效观测，避免在冲击地压突然发生的时候，监理人员无法及时做出反应，造成严重的后果。煤矿监理人员应利用微震监测技术，对煤矿及周围的岩体进行监测，实时关注煤矿破裂后的地震波特征，实时监控煤矿出现破坏的具体位置、破坏的程度等情况，分析危险区域岩层的活动情况，然后找到防治措施。对煤矿及周围的岩体进行监测，有利于监理人员预测冲击地压发生后的微震事件可能出现的前兆，监理人员可以根据各种前兆，对微震事件发生的规律展开分析。如此一来，监理人员就可以在煤矿发生冲击地压后，提前预测微震事件的发生，及时做出反应，避免发生更大的事故。在具体应用中，煤矿监理人员可以利用微震检测系统，获取微震信息曲线，对微震信息进行分析，找出微震事件发生较多的区域，然后在这一区域建设支护工程，对煤矿及周围的岩体进行防护，尽量减轻微震事件发生造成的危害，杜绝矿山灾害事故。煤矿监理人员可应用微震监测系统监测冲击地压造成的破坏，并对冲击地压的类型、发生机理、煤矿的地质条件等进行分析，实现科学预防与治理。

2、监测预警煤与瓦斯突出。在煤矿开采的过程中，如果出现了煤和煤瓦斯突出的情况，就意味着出现了瓦斯特殊涌出的现象，这是一种破坏力极强，且机理更加复杂的矿山灾害。在煤矿深部出现的高应力的作用下，煤矿矿井中的地质情况较为复杂。在此情形下，煤矿内部会聚集较多的高压瓦斯。监理人员在开采煤矿时，如果扰动了高压瓦斯，就会使其快速地释放出来，在高压瓦斯及应力的作用下，煤矿周围的岩体就会被破坏，且还会喷出大量的煤渣和瓦斯，对煤矿造成不良影响。煤矿受破坏，就会产生微震信号，如果煤矿监理人员不能对此进行良好的监测，就容易造成较大的安全事故。煤矿监理人员可以利用微震监测技术，对受破坏的煤矿进行监测，一旦发现微震发生的信号，就要及时将其收集起来，进行综合分析，了解煤矿及周围岩体的应力情况，并确定煤矿及周围岩体中存在的缺陷位置，在突发事件发生前将其预测出来，避免造成严重的后果。在具体的工作中，应用微震监测系统对矿区内部的矿体及周围的岩体进行监控，从而获取微震曲线，并利用微震曲线分析微震事件发生的时间与空间分布规律，通过这样的方式，监理人员就能预防瓦斯事件和煤矿的突发事件。瓦斯和煤矿的突出事件在发生时存在着非常复杂的机理，且会发生在不同的矿区或在同一个矿区的不同区域中。挖掘对瓦斯造成的扰动情况各不相同，因此，利用微震监测技术可以对瓦斯及煤矿的突出情况进行连续的监测，监理人员在发现监测结果异常时，就可以预测微震事件的发生。在具体的监测中，监理人员可以利用传感器和信息技术，建立信息化的瓦斯和煤矿的协同监测警报系统，对瓦斯和煤矿形成全面、精准的监测。

3、监测管理巷道挖掘。在进行深部的煤矿巷道掘进时，掘进工作会产生较高的应力，对煤矿及岩体造成影响，巷道的上部及周围的巷道也会对岩体造成影响。因此，在巷道掘进的范围内，煤矿及岩体会因为应力的影响出现变形或遭到破坏，可能会出现裂纹，在应力的不断作用下，裂纹会逐渐发展成裂隙，使煤矿及岩体的完整性遭到破坏，形成片帮、冒顶等灾害，甚至会出现岩爆事故。煤矿监理人员可使用微震监控技术，在煤矿的巷道掘进施工中对其进行监测，观测巷道掘进过程中岩体的变化及微震情况，同时还要监测巷道掘进范围内的岩体破坏情况，然后对微震的规律进行分析，在出现异常时可以提前做出反应。此外，对微震的规律进行监测，还有利于为支护工程的建设提供科学依据。巷道掘进施工施工容易对岩体造成扰动，破坏原有岩体的完整性，甚至会导致岩体出现破碎，监理人员要做好支护工程，以保证巷道掘进的安全性，保证煤矿开采的顺利进行。煤矿监理人员在应用微震监测技术对巷道掘进工程进行监测时，还应结合现场的观测数据，对巷道掘进中的岩体破坏情况、破坏的位置等进行分析，从而为巷道的科学掘进提供依据。微震监测技术在巷道掘进工作中的应用，不仅可以对巷道进行三维监测，还可以提高监测的高效性和灵敏性。由于巷道施工需要很多施工人员和机械，监理人员在对巷道进行监测时，很难区分出微震信号和其它信号，因此需要使用精度更高的设备，利用信号拾取算法，对微震信号进行采集。

综上所述，微震监测技术灵敏度较高、准确性较强，能够实现动态、三维可视化分析，有效监测煤矿中各因素的情况，并预测各种灾害问题。在煤矿安全管理过程中，微震监测技术可预测冲击地压、预警煤与瓦斯突出，提供应急救援等施工过程及灾害情况，提高监理质量，保障煤矿安全。

参考文献：

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[2] 姜帅帅,史艳楠,张冲冲. 三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计[J] . 压电与声光,2019,43( 6) :02