曲宏伟

（七台河矿业精煤集团有限责任公司桃山煤矿，黑龙江 七台河 154600）

煤矿冲击矿压灾害是一种开采诱发的矿山地震，不仅造成井巷破坏、人员伤害、地面建筑物破坏，而且会引发瓦斯、煤尘爆炸，严重威胁煤矿的安全生产。由于这种灾害发生的时间、地点、震源等具有复杂多样性和突发性，对其针对性的预测是世界性难题。微震监测技术在国外的深井矿山得到了广泛应用，并取得了较好的研究成果，已成为地压监测及矿山安全管理的重要手段，在国内应用则相对较少。

本文以波兰SOS微震监测系统在桃山煤矿的安装应用为研究背景，介绍微震监测系统建设，探求薄煤层矿井微震波形的频谱特征，微震活动与工作面回采过程相对应，研究矿震活动规律，对冲击破坏事件进行分析，研究破坏前后微震能力频次的变化趋势，从而预测预报矿井冲击矿压，为后期生产安全提供保障，也为其他煤矿应用微震监测技术提供借鉴。

1 矿井概况

七台河矿业精煤(集团)有限责任公司桃山煤矿建井时间早，开采时间长，经多次技术改造和建设，2003年核定生产能力118万t/a。矿井地表呈丘陵地貌，南高北低，平均海拔+200m，目前主要开采-400m水平，开采深度较大。可采煤层层位多，现主要开采68层、79层、85层、93层，采取片盘斜井群开采，巷道布置复杂。井田范围内，褶曲、断层等构造较发育。薄硬煤层、坚硬厚顶板、大倾角是其明显的特点。桃山煤矿2005年5月份发生第1次冲击矿压，随着开采深度的逐年增加，矿井深部压力显现日趋明显，发生多次冲击矿压现象，并且冲击矿压发生次数和强度都有明显增加趋势。2009年4月，桃山煤矿与中国矿业大学合作，安装了波兰矿山研究总院采矿地震研究所设计制造的SOS微震监测系统，对井下微震活动进行实时监测。

2 SOS微震监测系统工作原理

SOS微震监测系统主要由井下、井上硬件以及处理软件等3大部分组成，于井下、井上两个空间相互配合形成一个完整的系统进行工作。

DL M-SO采集站与DL M2001检波测量探头配合工作共同实现对微震信号的监测、传输和采集。检波测量探头通过避雷设备串联连接到采集站上，采集站经矿井电缆分别向每个检波测量探头提供本质安全供电电压，检波测量探头则将微震物理信号转置形成电流调制信号，经矿井电缆传输至采集站，传输线中的电流大小由二极管控制。在信号传输过程中，主要电缆噪音可通过有可控开关的50Hz带通滤波器消除。在采集站内，本质安全型信号和非本质安全型信号隔离，通过运算放大器和2个传输器将电流调制信号准确复制，并转换为相应的电压信号。检波电路中的各电压信号进一步传输到滤波器中进行滤波处理，处理后信号的幅频响应便可确定，经过输出放大电路实现1～10倍的信号放大处理，最后输出至AS-1 Seisgram信号记录仪，对微震信号进行记录和保存。AS-1 Seisgram信号记录仪是基于内嵌多通道A/D转换卡的计算机设计，该设备能连续自动地探测、采集和记录从DLM-SO采集站获取到的微震数据，有助于对冲击矿压危险状态进行分析和评估，通过局域网与数据后处理计算机连接使用。

3 微震活动监测与分析

桃山矿开采煤层顶底板均为粗到细砂岩，顶底板中地震波传播条件好，衰减较慢。SOS微震监测系统自2009年4月17日正常监测以来，共接收到超过10000个有效震动，包含104 J及其以下各能级的矿震事件。从震动结果分析来看，微震监测系统监测质量较好，能够对-0.2级以上的矿震进行准确定位和能量计算。

3.1 85#左三片工作面微震活动监测

85#层煤0.9 m厚，构造简单，倾角23°，开采深度大，约740 m。后退式走向长壁采煤方法，高档普采工艺，全部垮落法管理顶板。2009年6月25日开始回采到2010年3月28日，85左三片工作面共观测到有效震动1163个，矿震分布较为密集，矿震能级较大。85左三片矿震活动较为典型，分析85左三片矿震活动特点能够较好的掌握桃山煤矿矿震规律。

3.1.1 从矿震能级构成和发生次数分析，该面矿震事件发生频繁，矿震能级较高，104 J大震动较多。

3.1.2 85左三片工作面矿震分布随工作面的回采逐步推进，工作面在进行回采期间，人工开采活动破坏了采场周围原岩应力场的平衡状态，使得高地应力发生转移和重新分布，并可能在某处产生地应力的叠加集中，诱使微震活动在工作面回采时间段内频繁发生。

3.1.3 85左三片工作面矿震能量及次数呈现周期性，具分形特征，工作面开采过程中有2次能量释放高峰期：2010年1、2月份工作面处在上方护巷煤柱影响区内。

3.2 冲击矿压事故分析

79左六片煤层产状稳定，厚1.37 m，倾角 22°，开采深度为 630－670 m，面长 186 m。主要用后退式走向长壁采煤法，高档普采工艺，全部垮落法管理顶板。2010年3月27日12:38时，79左六片工作面过上层煤柱影响区域期间，工作面上巷附近因采空区悬臂顶板断裂诱发冲击矿压事故。冲击区域为工作面上出口向下6－22 m范围，震感明显，抛出煤量30 t，上巷下帮推倒6棵液压支柱。冲击释放7.8×104J能量。结合现有地质资料，分析可知，79左六片上顺槽3.27冲击矿压的发生主要受开采深度大、上层遗留煤柱、临近采空区和瓦斯压力等因素影响。3.27冲击发生前后79左六片日震动能量对数、次数变化趋势如图1所示。

图1 日震动能量对数、次数变化趋势

矿震每日释放能量和震动次数变化与强矿震发生的时间有较好的规律性，能量、次数持续攀升或持续下降预示着将有冲击危险，冲击危险的强弱则与持续的时间相关，持续时间越长冲击危险性越高。

4 结论

4.1 桃山煤矿建立的SOS微震监测系统，可实现对矿井包括冲击矿压在内的矿震信号进行远距离（最大10k m）、实时、动态、自动监测，给出冲击矿压等矿震信号的完全波形。监测系统运行一年多来对拾取事件波形的分析与处理结果表明，SOS微震监测系统监测质量较好，能够对能量＞26 J的矿震准确定位和能量计算，对增加煤矿开采量和保证煤矿生产安全等具有重要使用价值。

4.2 不同能量级别的微震信号所对应的波形形态和频谱存在着不同的特征，能量越高，震幅越大。

4.3 冲击矿压不是突然发生的，能量、次数持续攀升和持续下降则将有冲击危险，且持续时间越长冲击危险性越高。