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1、微地震监测技术 北 京 科 技 大 学矿山微地震监测研究中心,矿井动力灾害治理现状,武器不精，敌情不清,措施不力，效果不佳,我们在打一场“灰色”战争，时有牺牲,微地震监测系统及定位原理,微地震监测系统的工程应用,冲击地压实时监测预警系统,微地震监测数据的后处理,冲击地压监测设备应用现状,微地震监测系统及定位原理,第一部分,煤岩体,形变,微破裂,渗水,崩塌垮落,大破裂,渗气,瓦斯浓度增加,突水,气突出,冲击,火源,爆炸燃烧,设备损坏电火花外泄,人为因素,震,水,气,此色是灾害 此色有破坏此色表示各种力 黑色或灰色表示煤岩体,挤压力,挤压力,撞击磨擦升温,采空区应力,回采区应力,构 造应 力,外
2、界触发力,涌水量增大,应力,应变,监测预警原理,应力,应变,监测预警原理,高应力作用下岩石出现微破裂（微尺度、微能量）裂缝扩展、贯通（小尺度、小能量的破裂）岩体局部失稳（中尺度、中能量的冲击）岩体结构破坏、大范围失稳（大尺度、大能量的矿震）,研究“宽频带和高密度”一体化的震动监测技术,实现“小尺度破裂扩展中尺度破裂冲击结构失稳矿震”的过程监测，特别是前端的前兆监测，以提高震动监测的预警水平。,矿震、冲击地压与微震的关系,矿 震矿区范围内有感震的 动力现象,冲击地压采场与巷道周围的灾害性 动力现象,微 地 震采动引起岩体破裂时产生的 动力现象,三者之间的对比,事件数量上 微震 冲击地压 矿震能量
3、上 微震 冲击地压 矿震影响范围上 微震 冲击地压 矿震,微震烈度的描述,指标：能量、震级,矿震世界上最高震级为4.6级国内矿震的最高震级为4.3级震源较浅，数百米1.5级以上可能造成严重后果,地震世界上最大震级为9.5级中国最大震级为8.6级震源深，数千米5级以下不会造成严重破坏,有震不一定有灾,有灾一定有震,监测震能够预测灾,岩石在应力作用下发生破坏，并产生微震和声波。,岩层破裂发生在应力差大的区域，因此，岩层破裂区总是与高应力差区域相重合，并与高应力区域接近。,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 。,监测原理,定位原
4、理,应用原理,A,微震事件数,全应力应变曲线,岩层破裂,支承压力曲线,微震数量,A,B,岩石破裂过程中产生微地震事件的原理,岩体破裂,岩层运动,微震事件,支承压力,冲击地压监测的对象：支承压力分布特征,控制冲击地压根本：岩层运动规律,微震监测技术是以岩体破裂的被动监测作为监测目标，通过定位和能量计算得到岩体破裂的位置和破裂尺度，为各种应用提供基础数据。,飞机的定位原理,检波器,采空区,实体煤,实体煤,检波器接受岩层破裂产生的声波信号，利用时间差和波速进行定位,S波,P波,1#,2#,3#,6#,5#,4#,微地震监测定位原理示意图,S波的速度仅次于P波（最快的地震波）。S波的S也可以代表剪力波
5、(shear wave)，因为S波是一种横波，地球内部粒子的震动方向与震波能量传递方向是垂直的。,P波意指（primary wave）或是压力波（pressure wave）。在所有地震波中，P波拥有最快的传递速度。P波的P也能代表压力（pressure），来自于其震动传递类似声波，属于纵波的一种(或疏密波)，传递时介质的震动方向与震波能量的传播方向平行。,微地震监测定位数学原理,震源坐标,微地震监测定位数学原理,检波器坐标,微地震监测定位数学原理,波速,到时,震时,微地震监测定位数学原理,未知数(4个)：x，y，z，t,工作分工,地测人员的工作,监测人员的工作,1#,2#,3#,4#,5#,
6、6#,70ms,76ms,82ms,55ms,61ms,77ms,拾取P波到达时间，根据到时差和波速计算震源（破裂点）位置,到时拾取(确定到时),破裂点平面位置,破裂点剖面位置,1 分布式矿井地震监测系统用于监测矿震，特点是注重监测大震级破裂事件，定位精度100-500米左右；,2 分布式微地震监测系统用于监测小型矿震，特点是可监测小震级破裂事件，采用分布式结构，定位精度50-100米左右。大部分国外的产品属于此类系统；,3 高精度防爆型微地震监测系统用于监测矿震和岩层破裂，特点是井下设防爆分站，地面设监测中心，检波器采用井田内分布式、区域内集中式布置，可以布置深孔检波器，矿震和破裂事件的定位
7、精度达到10米左右，适合采掘工程尺度，用于监测工作面和顺槽附近的冲击地压、透水范围、三维破裂场和高应力场。,注：大尺度和小尺度微地震监测系统各有其应用范围，解决的工程问题是不同的，因此，正确地选择合适的微地震监测系统是成功的关键,按定位尺度分为三类：,(BMS)微地震监测系统结构,硬件：检波器、监测主机、监控主机、数据传输线路,软件：监测软件、分析软件、定位软件、后处理软件,BMS微地震监测系统地面监测主机,BMS微地震监测系统地面数据处理主机,BMS微地震监测系统地面数据处理主机,BMS微地震监测系统KZ-1型三分量检波器,BMS微地震监测系统检波器安装机具,数据采集软件,定位软件,微地震监
8、测结果分析软件,微震事件定位过程,修改当日工作面位置,修改当日检波器坐标,拾取到时,定位计算,检波器布置方式,内场定位,近场定位,外场定位,38m,510m,1050m,国外设备检波器布置方式,国内设备检波器布置方式,两种布置方式对比,国外：监测范围广、搬家次数少、精度低,国内：监测范围小、搬家次数多、精度高,适合于监测大能量事件，如矿震,适合于监测冲击地压、岩体破裂,检波器的选取,依据：监测目的,微震事件震动能量一般为1021010J，频率一般为0150Hz。微震事件能量越大，频率越小。,中频矿震、冲击地压、岩体破裂,低频矿震、冲击地压,中频检波器(起始60Hz)（CJ型）,低频检波器(起始4.5Hz)（KZ型）,（伪三分量检波器）,（真三分量检波器）,
