突水微震监测预警技术在演马庄煤矿的应用

收稿日期：2012－09－01

作者简介：赵麦来（1977—），男，河南焦作人，助理工程师，1997年毕业于焦作煤炭工业学校，现从事煤矿防突工作。

突水微震监测预警技术在演马庄煤矿的应用

赵麦来，王

飞，王

尧

(河南煤业化工集团焦煤公司演马庄煤矿，河南焦作454000)

摘要：演马庄煤矿属于典型的煤与瓦斯突出和突水矿井，突水隐患严重威胁着矿井的安全生产。为了防治突水危害，利用高精度BMS 微地震监测技术对矿井突水危险性进行实时预测预报。在该矿27111工作面布置测点，

共监测到52个有效微震事件，并在此基础上对煤层顶底板破裂规律及岩体裂隙场分布规律进行了分析，提出了该工作面的防治水建议。关键词：顶底板；微震监测；突水中图分类号：TD745．2

文献标志码：A

文章编号：1003－0506（2012）12－0100－05

Application of Microseismic Monitoring Warning Technology of Water Inrush in Yanmazhuang Coal Mine

Zhao Mailai ，Wang Fei ，Wang Yao

（Yanmazhuang Coal Mine of Jiaozuo Coal Industry Company of HNCC ，Jiaozuo 454000，China ）

Abstract ：Yanmazhuang Coal Mine is a typical mine shaft with water inrush ，coal and gas outburst danger．Water inrush has become a threat to the safe production of the coal mine．To prevent the hazard of water inrush ，high precision BMS microseismic monitoring tech-nology was used for real-time water inrush risk monitoring ，measuring points were designed on 27111working face ，52effective seismic events were monitored ，the laws of coal seam roof and floor crack ，the distribution of fracture were analysed ，too．Finally ，water prevention countermeasures were proposed for 27111working face．Keywords ：roof and floor ；microseism monitoring ；water inrush

焦作矿区北部为太行山区，裸露的寒武、奥陶系

灰岩岩溶裂隙发育，降水及地表水沿岩溶裂隙及断层破碎带向下渗透，成为矿区水的补给水源。矿区主要可采煤层为二1煤，赋存于山西组底部。演马庄煤矿水文地质条件极复杂，自建井以来

共发生突水79次，

1.0m 3/min 以上的突水60余次，最大突水量达320m 3

/min ，出现过2次淹地区、

2次淹井事故，属于典型的煤与瓦斯突出和突水矿井，突

水严重着威胁煤矿的安全生产。为防治突水事故，演马庄煤矿采用微震监测预警技术对突水危险性进

行实时预测监控。

1工作面概况

本次微震监测选择在演马庄煤矿27111工作面

实施（图1）。27111工作面所采二1煤层平均厚5

m ，以粉煤为主，中下部夹有块炭，局部含有薄层夹矸及炭质泥岩伪顶（图2）

。

图1

27111工作面位置

工作面地层产状较平缓，构造以断层为主，褶曲

不明显，无岩浆岩发育。工作面左面为F 147断层，走向N69ʎE —N79ʎE ，倾向南，落差10 20m ；右面为

F 204-1断层，走向N104ʎE ，倾向北，落差0 10m 。两断层均为正断层，对回采影响较大。工作面内有

F 236断层，走向近东西，倾向南，落差0.8m ；F 253断层，走向近东西，倾向北，落差0.5m 。两断层均为正断层，对回采影响较大。工作面主要充水水源为基本顶大占砂岩水和底板L 8灰岩水（图2）。基本顶大占砂岩在该区富水性差，预计该工作面在回采时最大淋水量为0.2m 3/min 。根据电法资料，27111工作面回采时，运输巷往里0 60m 、

450 610m 和865 915m 段附近容易发生底板突水，

90 135m 段不排除发生少量底板突水的可能性，

其他区域正常情况下不会发生底板突水。27111工作面有煤与瓦斯突出危险，煤尘无爆炸性，煤层不自燃，地温正常，地压不大

。

图2工作面地层综合柱状图

2水文地质条件

矿井主要含水层有第三、第四系冲积层含水层，

二叠系砂岩含水层，L 8、L 2和O 2灰岩含水层，其中L 8、L 2、O 2灰岩含水层富水性强，是矿井水的主要水

源。L 8灰岩含水层厚8 10m ，

岩溶裂隙发育，富水性强，上距二1煤底板平均约18.56m ，为二1煤主要

充水水源，在工作面回采时，危害较大。L 2灰岩含水层平均厚11m ，上距二1煤层底板70 80m ，下距O 2灰岩约20m ；L 2灰岩除具有L 8灰岩的岩溶发育规律外，还有在断裂破碎带内常形成蜂窝状溶孔及

较大溶洞之特点；L 2灰岩水位比O 2灰岩水位略低，

局部在+70m 左右，对工作面开采影响较小。O 2灰岩含水层厚约400m ，上距二1煤层底板约100m ，岩溶裂隙发育，富水性强，具高压水。上部含水段厚约220m ，下部含水段厚70 80m ，两段间的隔水岩

性为灰色角砾状泥灰岩，厚50 60m ，O 2灰岩在井田内具有统一水位，

枯水期水位保持在+81m 左右，是二1煤最重要的含水层。矿井正常涌水量75

m 3/min ，矿井最大涌水量为90m 3/min

［1-5］

。3

微震监测原理及概况

3.1

基本原理

岩石在应力作用下发生破坏，并产生微震和声

波。在破裂区周围的空间内布置多组检波器实时采

集微震数据，经过数据处理后，应用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来（图3）

。

图3微震监测岩体破裂示意

3.2

微震监测系统简介

BMS 高精度微地震监测系统适用于煤矿、金属

矿的矿震、冲击地压（岩爆）、煤与瓦斯突出、底板突水、顶板溃水、煤（矿）柱破裂等矿山灾害的监测和预警。可采用集中式和分布式2种布置方案，这两种布置方案可分别用于单个采场和整个矿井区域的监测。系统的检波器选用高灵敏度、宽频带、三分量的震动传感器，可以监测包含低、中、高频的各种岩层震动信号，进行由小至大的各种岩石信号的采集。在信号传输方面，该系统采用了光纤传输技术，最大可以传输60km ，满足大型矿井的信号传输要求，监测范围也大大增加。此外，井下震动信号实时传输到地面监控主机后，经过定位、平面和剖面展示，可以清楚地了解井下微地震事件的位置、能量等信息，再由具有多功能的微地震事件后处理软件展示和解释后，为工程技术人员提供可靠有用的信息（图4）。