微震应用前景及预期效益论证

1、 / 6微震监测系统项目可行性报告xx煤炭科学研究院 2014年 7月一、目的意义微震监测技术，是近几年发展起来的一种新的矿山安全技术。目前，在我国煤矿、铁矿等几十座矿山得到广泛应用。在冲击地压、瓦 斯、煤尘爆炸、顶底板破坏范围、盗采活动监测等领域发挥了重要作用。目前，该技术主要存在两方面的问题：一是，该技术用户主体主要是矿山企业，用来作为一种常规手段进行某些 特定事件的监测、预警，缺乏系统、深入的研究；二是，该技术目前应用领域较窄，在突水监测、预报、充填开采引起的围 岩变形破坏监测以及高水充填体稳定性监测等方面尚处于探索和起步阶段，研 究领域亟待进一步拓宽。根据煤矿生产需要，引进该技术，在大

2、量现场试验基础上，通过现场环境 条件及监测结果分析，对微震监测系统设备、方法进行分析研究、二次开发， 进一步拓宽其应用领域、提高监测效果，对丰富和完善我院技术手段，具有重 要意义。二、工作原理当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、变形时，会产生一种微弱 的地震波，并向周围传播。通过布置在空间不同位置的微震检波器，可以记录 这些微地震波的到达时间、传播方向、地震波能量等信息（图 1）。图 1 微震监 测示意图通过专业软件和相关计算，可以确定岩石破裂点（面）的发生时间、空间 位置、能量大小。根据这些微震事件发生的位置、频度、强度，可进一步解决 诸如巷道及工作面顶底板破坏范围、冲击地压显现规律、

3、导水裂隙发育高度及 空间位置等一系列地质、水文地质问题。远程、动态、三维、实时监测，是微震监测系统的主要特点。 整个设备系统由地面和井下两部分组成： 地面设备包括监测主机（信号记录仪）、数据处理主机两部分；井下设备包括检波器、信号采集站、监测主机（信号记录仪）等几个部分（图2）。图 2微震监测系统组成检波器布置在井下工作区附近巷道内，与信号采集站、井上下监测主机之 间通过专用光缆及电缆连接。工作时，根据现场条件及目的不同，井下一般设置 1-2 个信号采集站，每 一个采集站连接 12或16个检波器，也称 12道或 16道。道间距一般 20-50m。该设备既可做长期监测使用，也可待一个项目结束撤回

4、设备重新用在其他 矿山或地区。对于走向长度较大工作面，可采用滚动式布置方式，根据回采进度，将里 端检波器向外顺序外移，实现对整个工作面的动态监测。一般来说，一个微震项目监测周期在几个月到几年之间不等。三、国内外技术现状 我国目前应用的微震监测系统，主要有国产和进口两大类。 国内专业开发和研究的单位主要有北京科技大学、中国矿业大学 两家。北京科技大学姜福兴教授从事该领域研究已有十几年时间，从方法研究、 设备研发、生产、销售到应用，可进行一条龙式服务。设备在国内煤与非煤矿 山售出几十套。中国矿业大学窦林名教授主要从事方法研究，代销波兰矿山研究总院设计 制造的微震监测仪。国内用户十几家。国外加拿大

5、ESG公司研发生产的 MMS 微震监测系统（第七代产品）。国内 用户十家。上述设备中，国产及波兰设备最大监测距离一般在 200-300m 以内。加拿大 ESG公司设备最大监测距离为 750m，且监测位置误差在 5m 以内，在我国石油 系统得到广泛应用。目前，微震监测系统应用领域主要包括以下几个方面：（一）矿震和冲击地压监测中国矿业大学从波兰矿山研究总院引进了 11套16通道的 SOS微震监测系 统，主要用于长期监测。已经安装运行的矿井有 8 个，甘肃华亭的砚北煤矿、 华亭煤矿、兖州鲍店煤矿、大同忻州窑煤矿、临沂古城煤矿、天安矿业星村煤 矿、淮北海孜煤矿、鹤岗峻德煤矿；正在安装调试的矿井有 3

6、个，分别是七台 河桃山煤矿、平顶山十一矿和华亭山寨煤矿。该系统成功预测到多次矿震和冲 击矿压事件，大大降低了矿井可能造成的灾害。 2013年 6 月以来，江苏三恒科 技股份有限公司利用自主研发的微震监测系统，也在山东济矿集团等矿开展此 类监测工作。（二）工作面顶底板破坏深度及构造活化监测2002 年以来，北京科技大学采用自主研发的微震监测系统在进行矿震及冲 击地压监测基础上，还在山东、淮南、淮北、开滦、邯郸、东北等几十个矿井 开展了顶底板破坏深度、构造活化、小窑盗采等监测工作。在工作面来压步 距、顶底板破坏范围等方面，取得较好效果。（三）煤矿井下突水监测及注水描述2006 年以来，北京科技大学

7、在峰峰梧桐庄矿、焦作演马庄矿、赵固一矿， 中国矿大在淮北桃园等矿，煤科总院在抚顺老虎台矿开展了突水监测及导水裂 隙带发育高度监测工作，取得一定成果（图 3）。2007 年以来，石油系统辽河油田、新疆克拉玛依油田、安塞化子坪油区相 继开展了油井注水描述（水驱前缘监测）及水力压裂裂缝监测工作，在地面将 检波器置于多个油井不同深度形成微震监测系统，取得较好效果。图 3 微震监测平面投影图四、主要研究和应用领域（1）引进高分辨率微震监测技术，井下沿巷道或围绕工作面布点，形成突 水预测、预报监测系统，利用突水必然伴随围岩裂隙开裂这一特征，通过对生 产地区及周围地区底板岩层破裂引发的微弱震动监测，对可能突

8、水位置、时间 进行预测。（2）采用微震监测技术，配合底板预注浆加固及突水点注浆治理工程，对 注浆浆液空间运移途径、扩散范围进行动态描述，进而对注浆效果及地下水网 络系统进行评价。（ 3）充填开采及非充填开采工作面围岩破坏范围对比监测、评价，充填采 煤工作面围岩变形破坏监测，高水材料充填体稳定性监测。五、经济效益分析及应用前景分析煤科院拟购置的加拿大 ESG公司生产的微震监测系统，投资总计 451 万 元。主要应用领域及预期收益包括以下几个方面：（ 1）xxxxxx 灰顶面区域加固项目为确保东庞矿北井深部 9 号煤回采安全，冀中能源股份有限公司及东庞矿 拟投资 4-5 亿元用于奥灰顶部区域注浆加

9、固工作。新购置微震监测系统主要用于注浆钻孔浆液扩散范围及速度监测、奥灰顶 部岩溶裂隙网络发育情况描述、注浆加固效果评价等方面。该项技术工作为国内外首次开展，技术意义重大。微震监测工作工期 2 年，年实现产值在 1000万元以上，投资收益十分可 观。（2）邢东矿回采工作面突水预测预报监测研究利用突水必然伴随围岩裂隙开裂这一特征，通过对生产地区及周围地区底 板岩层破裂引发的微弱震动监测，对可能突水位置、时间进行预测。该项工作配合邢东矿原 2127 突水工作面附近工作面开采进行，工期约 4-5 个月，实现年收入约 120 万元。（ 3）石家庄瑞丰煤业公司井下钻孔轨迹及注浆描述配合石家庄瑞丰煤业公司突水口断层煤柱开采前底板预注浆加固及突水点 注浆治理工程，采用微震监测技术对注浆浆液空间运移途径、扩散范围及钻孔 轨迹进行动态描述，进而对注浆效果及钻孔空间进行评价。该项目2014年 9月可开展工作，工期约 3-5个月，预期年 80-100万元。（ 4）采煤工作面围岩破坏范围监测充填开采及非充填开采工作面围岩破坏范围对比监测、评价，充填采煤工 作面围岩变形破坏监测，高水材料充填体稳定性监测。目前，正在进行选点工作。上述工作在实现创收，获得预期收益基础上，相关课题研究将达到国际领 先水平。可望在煤矿防治水、充填开