崔松涛1 曲伟霞2

（1.内蒙山金阿尔哈达矿业  内蒙古锡林郭勒  026300  2.山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东莱州261442）

微震监测技术是近20年来发展起来的一种新的物探技术，在众多领域中得到了广泛应用，解决许多技术难题。取得了很好的效果。近年来，国内一些学者如姜福兴等人均致力于微震监测技术研究，并在国内一些矿山取得了较好的应用效果，这些研究成果大部分以煤矿为研究对象，某矿新井首采工作面在开采过程中使用了具有自主知识产权的高精度多通道微震监测系统，对岩层运移规律进行了详细分析，实现了井下生产的安全监测。

为了研究某矿岩层在开采过程中的运动特征，本文以某矿新井首采工作面为工程背景，在该工作面前方一定范围内合理布置高精度拾震传感器，对该工作面顶底板岩层进行实时监测，并将监测结果进行“固定”工作面投影展示，分析得出某矿首采工作面岩层的垮落高度及超前支承压力影响范围，为矿后续工作面的安全回采提供了可靠依据。

1 微地震监测技术简介

微地震监测技术( Micro-seismic Monitoring Technique,简称 MS ) 的基本原理是:岩石在应力作用下发生破坏，并产生微震和声波。在采动区域顶板和底板内布置多组检波器并实时采集微震数据，经过数据处理后，采用震源定位原理，可确定破裂发生的位置与能量，并显示在三维空间中。

震源定位原理，采场围岩受采动影响产生破裂，积聚在岩体中的能量以地震波和声波的形式向周围传播，布置在采场周围的检波器将先后收到震动信号。由于各检波器到震源的距离不同，震源发出的地震波传播到各检波器的时间也不相同，即地震波的到时是不同的。根据检波器之间的到时差，能够计算震源的位置和震动能量。

震源定位原理的数学描述如式(1)所示，式中(x，y，z)为震源坐标，(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)分别为1～4号检波器的坐标，v为P波传播的速度，t1、t2、t3、t4分别为1～4号检波器接收到P波的时间，t为震动发生的时间。

 (1)

式(1)中共有x、y、z、t4个未知量。鉴于此，在监测区周围布置多个检波器，采用“复合四-四定位方法”，使定位精度得到大幅提高。

2 某矿新井首采工作面工程概况

工作面为二1区首采综采工作面，平均走向长750米，平均采长158米。工作面回采巷道沿煤层顶板掘进，地层倾角13～20°。二1煤层位于山西组下部，煤厚2.00-14.95m，平均煤厚8.0m，采煤工作面煤层条件复杂，煤层厚度变化幅度大，顶板有厚层坚硬岩层，为低透气性软煤层。留底煤、厚软煤层、坚硬顶板决定了该工作面属于动力灾害频发工作面，在开采过程中应当格外注意顶底板岩层的运动，并通过岩层一般的运动规律指导矿山实际生产开采，为矿山的安全开采提供技术保障。

3微震监测系统布置及应用情况

首采工作面风、机巷各布置6个监测点（4个顶板监测点、2个底板监测点），空间相邻测点平面距离均为20m，其中两巷道的第一个测点均布置在距开切眼30m处。随工作面的推进，拾震传感器循环移动安装，即当工作面回采至其前方最近测点后，将该组测点前移为新的第一组测点（距离回采工作面最远的监测点），依次循环。至工作面回采结束，风、机巷道内总共各需布置36个测点。

该系统自2012年12月26日开始安装，至2012年2月16日安装调试完毕。至2014年02月28日，工作面已安全回采143m，监测系统运行正常。

4基于微震监测的工作面岩层运移规律研究

“固定”工作面是指工作面位置在平面图上固定不动，计算各个微震事件点与工作面的相对位置，将其投影在平面上。“固定”工作面展示微震事件是非常重要的一种展示手段，通过这种展示方式，易于判断微震事件超前工作面的分布形态，为确定采场支承压力影响范围提供依据。

从“固定”工作面显示的微震事件平、剖面投影图中可以看出：

4.1随着工作面的推进，微震事件一般超前工作面一定距离在前方显现。采动超前影响范围为工作面前方90m，即工作面超前支承压力的影响距离为90m，工作面后方的影响范围为30m。这一分布特征反映了正常推进过程中顶板运动的影响范围。

4.2微震事件主要发生在煤层顶板中，在已监测到的163个有效事件中，有140个发生在顶板中，占总事件数的86%，说明开采过程对顶板的扰动较底板大。开采过程中顶板的破坏也更为严重，顶板最大破裂高度为78m，底板最大破裂深度为25m。

4.3微震事件沿着整个工作面倾向长度分布比较均匀，说明顶板断裂位置能够贯穿整个工作面的范围。而工作面侧向微震事件分布很少，说明工作面的开采对两侧实体煤顶底板岩层影响很小。

4.4震级和能量大的微震事件大多位于煤层上部，说明顶板破裂释放的能量更大，是造成灾害的主要原因。

4.5应用覆岩空间结构理论[8]，工作面将形成“O”型覆岩空间结构，从微地震事件平、剖面图上也可以直观地看出工作面及两顺槽侧微震事件都有比较均匀的分布。

5 结 论

针对该矿新井首采工作面的实际生产作业情况，利用高精度微震监测系统搭建了微震监测平台，实现了对工作面区域内的岩层运移规律的研究，系统自建成以来，运行良好，实现了对井下冲击地压、突水、煤与瓦斯突出的监测监控，提高了井下作业的安全性，取得了很好的经济效益和社会效益，对相似条件的其他矿井具有重要的推广和借鉴意义。

作者简介：崔松涛（1970.12-- ），男，汉族，山东莱州人，本科，电气自动化工程师，研究方向：电气自动化。