微震应用前景及预期效益论证..doc

微 震 监 测 系 统 项 目 可行性报告 河北煤炭科学研究院 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、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。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个，是七台河桃山煤矿、平顶山十一矿和华亭山寨煤矿。系统成功预测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。 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）东庞矿北井奥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