孙雪亮 杜涛涛 蓝 航

（1.神华新疆能源有限责任公司，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，830084；2.天地科技股份有限公司，北京市朝阳区，100013）

1 地质概况

W1143综采工作面开采煤层为B4-1 煤层。B4-1 煤层平均埋深317 m，工作面走向长1495 m、倾斜长162m，煤层倾角10°～16°，煤层平均厚度为4.2m，采高3m。煤层顶板从下向上依次为：直接顶为粉砂岩，厚度5.7 m；煤层B4-2，平均厚2.5m；基本顶为粗砂岩，厚度大。底板岩层从上向下依次为：直接底为层状中砂岩，厚度5.2m；基本底为粗砂岩，厚度12.99m。

W1143综采工作面与上覆B4-2 煤层层间距平均为9.4m。一采区西翼B4-2煤层已回采了两个工作面，即W114 （2）1、W114 （2）3工作面。W1143综采工作面上顺槽以南为实体煤 （岩）层，下顺槽以北为W1141采空区，两工作面之间留设28m 煤柱。工作面在回采区域初期发生了一次严重冲击地压。特殊空间结构区域：相邻W1141采空区，工作面上方存在W114 （2）1、W114 （2）3采空区，几个采空区形成了特殊的空间结构。

2 ARAMIS M／E微震监测系统

2.1 ARAMIS M／E微震监测系统简介

ARAMIS M／E微震监测系统集成数字DTSS传输系统，实现了矿山震动定位、震动能量计算及震动的危险评价。微震监测原理：监测传感器监测震动事件，经NSGA 发射器处理后，将其转化为数字信号，然后由数字信号传输系统DTSS传送到地面。ARAMIS M／E监测系统可监测震动能量大于100J、频率范围在0～150Hz，以及低于30dB的震动事件。

ARAMIS M／E 微 震 系 统 （见 图1）包 括：ARAMIS＿WIN 软件 （震动定位和震动能量计算）、包含ARAMIS＿REJ软件 （DTSS传输系统监测软件）的震动信息记录仪、系统信息传输系统DTSS （该部分包括地面SP／DTSS 信息收集站，其由OCGA 数字信号接收装置、配备GPS时钟的ST／DTSS传输系统控制模块、主通道切换模块，以及SR 15-150-4／11I型配电装置）、井下分站（包括NSGA 震动信号发射装置和拾震器、顶板震动传感器GVu、底板震动传感器GVd、水平震动传感器GH）。

2.2 ARAMIS M／E微震台网布置

ARAMISM／E微震台网的布置，依据以下原则进行：

（1）高质量安装传感器。台基应选择在无风化、无破碎夹层、完整大面积出露的基岩上，岩性要致密、坚硬，如花岗岩、辉绿岩、石英砂岩或灰岩等，如不能满足以上条件，则需在安装地点构筑水泥平台。

图1 ARAMIS M／E微震监测系统结构

（2）在满足经济支出能力的同时，应尽可能增加观测站数目，使观测站围绕震源均匀分布，保证多数观测站可以获得记录信息，避免定位台站数量不足，影响观测精度和可靠性。

（3）观测站布置采用空间立体形式，必须考虑已建立的方程组性质，找出监测台站最优几何分布，避免出现 “病态”方程，得不到正确的震源位置或使方程组解发散。

（4）根据矿井生产实际，要使微震监测系统构成一个空间网络，拾振器的布置要确保当前开采区域和其他重点监测区域处于监测网络的中心，传感器尽可能接近待测区域，避免大断层及破碎带的影响，同时远离机械和电气等干扰。

（5）既要照顾当前开采区域，又要考虑未来一定时期内的开采活动。尽量利用现有巷道、硐室进行通风，测站硐室要避开开采活动影响范围，以减少施工、通风及维修费用。

依据以上原则，微震监测台站围绕W1143工作面进行布置，宽沟煤矿微震系统台站空间布置如图2 所示，具体如下：①微震台站主要布置在W1143工作面两顺槽，有3 个台站，分别为1＃、3＃、9＃台站。其中，W1145工作面上顺槽有2个台站，分别为10＃、11＃台站，W1121联络巷布置16＃拾震器。②E1146 工作面周围布置3 个拾震器，分别为2＃、4＃、5＃拾震器。③增加垂直方向的高差，地面布置3个拾震器，分别是位于风井的13＃拾震器、风井以西800m 的14＃拾震器、风井以东800m 的15＃拾震器；W1121下顺槽布置8＃拾震器。④永久硐室布置3 个拾震器：1432 回风立眼以北150 m 处的12＃拾震器、1255水平单轨石门处的6＃拾震器和1355架空行人巷处的7＃拾震器。

图2 宽沟煤矿微震系统台站空间布置图

3 特殊空间结构条件下微震活动规律分析

3.1 微震活动分布规律

如图3 所 示，2011 年11 月16 日 前，W1143工作面距特殊空间结构区域 （距离W114 （2）3停采线）504m 以外，ARAMIS M／E 微震监测结果表明，微震次数较少、分布分散、岩层活动的高度也较低。

图3 W1143工作面远离特殊空间结构时微震事件分布

如图4 所示，W1143工作面靠近特殊空间结构区域时，微震事件开始显著增多，微震事件主要集中在W1143采空区后方顶板岩层、W1141采空区顶板岩层和W1143工作面中上部前方顶底板岩层中，高位岩层微震事件明显增多。

微震事件时空分布结果表明，W1143 工作面靠近特殊空间结构区域时，围岩活动显著增强，活动范围显著增大，引起该工作面以及相邻采空区上方覆岩剧烈活动，揭示了在靠近特殊空间结构的过程中，覆岩逐渐不稳定。

如图5所示，W1143 工作面过特殊空间结构区域时，进入覆岩结构的卸压区，在该区域虽然微震事件频次多，但微震事件的能量明显降低，以小能量事件居多，而且工作面上方高位岩层微震事件明显降低，高位岩层微震以低能量事件为主，揭示了覆岩活动剧烈程度降低。

图4 W1143工作面靠近特殊空间结构时微震事件分布

图5 W1143工作面过特殊空间结构时微震事件分布

综上所述，ARAMIS M／E 微震监测系统揭示了特殊空间结构区域覆岩运动、能量释放及位置。工作面由不受特殊空间结构影响区域到进入特殊空间结构卸压区下方，微震监测到覆岩活动产生的微震事件能量和频次呈先增加后降低的特点，表明覆岩由稳定，到剧烈活动，再到稳定的过程。

3.2 微震活动能量和频次的关系

2011年11月4日，开始进入特殊空间结构区域。进入初始阶段，微震事件频次和能量维持在较低的水平；接近特殊结构区域，微震事件能量和频次大幅增加，微震活动频繁增加，释放的能量剧烈增加；过特殊结构区域后微震活动开始减弱，微震能量和频次开始降低。

图6为特殊空间结构区域微震事件日平均释放能量。2011年11月3日微震事件日平均释放能量突然变化，主要因为推进度突然增加，2011年11月3日推进度为6m／d。2011年11月11日，能量突然增加，是停止的工作面恢复推进后能量的大量释放的结果。自2011年11月20日开始，工作面越来越靠近特殊空间结构区域，因此，日释放能量呈现不断增加的趋势，直至进入特殊空间结构后，微震能量达到最大。2011年12月4日，进入特殊空间结构的卸压区后，微震事件能量明显降低，表明岩层活动剧烈程度开始减弱。

通过ARAMIS M／E微震监测系统的监测，可以实时获得工作面距离特殊结构由远及近过程中覆岩活动的情况，揭示覆岩活动集中的岩层层位、微震事件集中的位置、覆岩活动释放的能量，以及回采强度对覆岩能量释放的影响，能够有效指导工作面过特殊空间结构区域时的冲击地压防治工作，当监测到覆岩能量大量释放，工作面具有冲击危险时，应及时采取措施进行卸压，同时合理控制工作面推进速度，以有效控制冲击地压的发生机率。

图6 特殊空间结构区域微震事件能量和频次关系

4 结论

（1）宽沟煤矿建立的ARAMIS M／E微震监测系统，可实现对矿井采掘工作面覆岩活动产生的微震事件实时、动态、自动监测，并通过软件进行准确定位和能量计算，对工作面覆岩活动和冲击危险的研究具有重要参考价值。

（2）揭示了特殊空间结构区域微震活动时空演化规律。工作面过特殊空间结构区域时，覆岩活动剧烈程度明显增加，覆岩活动产生微震事件的能量和频次呈现先增加，后减少的趋势。微震监测结果表明，工作面距特殊空间结构较远时，工作面受特殊空间结构活动影响较小；工作面逐渐靠近特殊空间结构时，覆岩开始变得不稳定，活动程度变剧烈，稳定性变差，造成工作面冲击危险性升高；进入空间结构一定距离后，覆岩活动逐渐减弱，释放的能量和频次降低，岩层活动区域稳定。

（3）由工作面过特殊空间结构区域微震事件能量和频次关系得到以下结构：开始进入特殊空间结构区域阶段，微震事件频次和能量维持在较低水平；接近特殊空间结构，区域微震事件能量和频次大幅增加，微震活动频繁增加，释放的能量剧烈增加；过特殊空间结构区域后，覆岩活动剧烈程度开始减弱，微震能量和频次开始降低。

（4）对特殊空间结构微震监测结果表明，岩层的空间结构是工作面回采过程顶板活动剧烈程度的重要影响因素，ARAMIS M／E 微震监测系统可有效揭示覆岩运动、能量释放时间、位置等，对冲击地压危险监测预警、防治具有重要作用。

［1］ 窦林名，何学秋.采矿地球物理学 ［M］.北京：中国科学文化出版社，2002

［2］ 窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2001

［3］ 齐庆新，窦林名.冲击地压理论与技术 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2008

［4］ 杨志国，于润沧，郭然等.微震监测技术在深井矿山中的应用 ［J］.岩石力学与工程学报，2008 （5）