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冲击地压监测预警应用工程实践汇报人：张治高山东能源集团冲击地压灾害防治研究中心主任邮箱：zhangzhigao@snjt.com手机：15253077697(微信同号)2019年5月21日目录页ContentsPage冲击地压危险性监测技术冲击地压微震监测预警技术冲击地压应力监测预警技术冲击地压灾害防治研究中心-1-国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动冲击地压危险性监测技术冲击地压灾害防治研究中心-2-冲击地压危险性监测技术冲击危险性预测包括区域危险性预测和局部危险性预测。冲击地压的监测预警也应包括区域监测预警和局部监测预警。目前冲击地压的区域监测预警主要采用微震监测方法，而局部监测预警主要有应力、地音、电磁辐射、钻屑法、高频段微震监测等技术方法。主要监测预警装备有矿震监测系统、微震监测系统、地音监测系统、电磁辐射监测仪、应力监测系统、煤粉钻机等。国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动冲击地压灾害防治研究中心-3-冲击地压危险性监测技术目前，应用较为广泛的是震动场和应力场的在线监测系统。国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动电磁辐射法微震法地音法震动场监测应力解除法测试原岩应力钻屑法应力在线法震动CT反演应力场监测冲击地压灾害防治研究中心-4-冲击地压危险性监测技术冲击地压监测技术国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动高频微震监测系统冲击地压灾害防治研究中心-5-冲击地压危险性监测技术微震监测，应用比较早、较为成熟的是波兰的中低频微震监测系统，国内应用较多的有ARAMISM/E和SOS微震监测系统，属于中尺度微震监测系统，定位误差20-50m，可定位较大能量的冲击事件和矿震，这种低频区域监测系统国内研发几近成熟。相对于低频监测系统而言，北科大研发的BMS微震监测系统（KJ551系统）属于区内集中式、区间分布式高频微震监测系统，定位误差8-20m，定位精度更高，可以监测小能量的岩层破裂。地音监测，可记录应力应变导致受载煤岩体内部微破裂产生的声发射特征，分析煤岩体的应力状态。主要有波兰的SKA和ARES-5/E系统，但受频带宽度限制，难以监测冲击地压事件的低频信息，更无法定位监测。应力监测，煤科院、北科大、山科大、思科赛德、尤洛卡等都有研发，主要区别是压力变送器的应变灵敏度和后期技术服务。国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动冲击地压灾害防治研究中心-6-冲击地压危险性监测技术国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动双场监测预警流程工作面参数震动场数据地质构造水文地质采掘工艺支护方式防冲预评价与设计防冲措施预警工程实践理论计算工作面参数煤层产状宏观信息工作面参数应力场数据预警指标防冲预评价与设计预警不预警预警响应解危措施效果检验预警未解除预警解除防冲预评价与设计KJ550冲击地压监测系统KJ550冲击地压监测系统KJ649掘进应力监测系统KJ550冲击地压监测系统KJ24工作面支架工况KJ550冲击地压监测系统KJ874矿震台网监测系统KJ550冲击地压监测系统ARIMIS微地震监测系统KJ550冲击地压监测系统KJ551微地震监测系统灾害预警决策层KJ550冲击地压监测系统组织生产冲击地压灾害防治研究中心-7-国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动冲击地压微震监测预警技术冲击地压灾害防治研究中心-8-冲击地压微震监测技术矿震监测频带一般为1~50HZ，里氏震级大于0.5级，可监测5公里范围内内的矿震、地震以及范围更远的天然地震，可得出事件里氏震级，定位精度为台站间距的10％。一般一个矿区仅布置1个台站，系统采用三分量拾震器，通过分析统一事件不同方向的震动波形，可得出岩层破裂机制。微震监测频带一般分为两种：中低频带1~600HZ和中高频带60~1500HZ。中低频带微震监测系统（如ARAMIS、SOS）可监测能量大于100J的事件，可监测覆盖整个矿井范围，定位精度为水平方向20m、垂直方向50m。该类系统获得的震级不是里氏震级，由于采用的是单分量拾震器，不能得到岩层破裂的机制。地音监测（声发射）频带一般为几十至2000HZ，可监测震动的能量小于100J。采用高频传感器，单个传感器可覆盖几十米，仅能用于监测震动事件的能量和频度，不能用于定位，更不能获得震动事件的震级和岩层破裂机制。国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动冲击地压灾害防治研究中心-9-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动1-1、KJ874井田矿震（地震）台网该系统监测范围覆盖整个矿区，能实现整个井田范围内全方位、多层次连续监测，能准确标定大于0.5级以上，能量大于100焦耳，频率0.1Hz～60Hz的震动事件。与KJ551微震、ARAMIS微震系统相互弥补，构建全频广域震动（监测范围：工作面→矿井→矿区；震动事件频率由低频到高频）监测系统，实现矿井的立体实时监控预警。KJ874地震台网实时监测效果图冲击地压灾害防治研究中心-10-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动KJ874井田矿震（地震）台网为克服矿井厚表土层对地震波的衰减作用和提高计算精度，KJ874井田地震台网地震监测台站采用“地面、井下一体化”安装模式。地面共布置2个台站，主要作用是校正震源深度，辅助定位；井下采用斜对角布置方式布置4个台站，其中2个对角台站用于震级标定和能量校正，另外2个对角台站用于能量标定和震级校正。下图D1~D4为井下台站，D5~D6为地面台站。KJ874地震台站地面、井下布置对照图冲击地压灾害防治研究中心-11-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动1-2、SOS微震监测系统该系统的主要是对矿井采区范围的微震事件进行实时监测，自动记录微震活动，并进行震源定位和微震能量计算，可监测能量大于100J，震动频率0.1~600HZ的震动事件。SOS微震监测系统实时监测效果图SOS微震监测系统震动波CT反演云图冲击地压灾害防治研究中心-12-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动1-3、ARAMISM/E微震监测系统该系统的主要是对矿井采区范围的微震事件进行实时监测，自动记录微震活动，并进行震源定位和微震能量计算，可监测能量大于100J，震动频率0.1~150HZ的震动事件。ARAMISM/E微震监测系统实时监测效果图ARAMISM/E微震监测系统震动波CT反演云图冲击地压灾害防治研究中心-12-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动中低频监测系统应用探讨上述的KJ874、ARAMIS、SOS监测系统，最高频是SOS系统的600Hz，系统可以说均属于中低频监测系统。反映的低频事件，原则意义上，也就是“大能量”、“破坏”事件！低频大能量事件“破坏”机理：煤层高位坚硬岩层随采场面积扩大，出现弯曲、下沉、剪断和滑移产生动载荷，在极短的时间内，以下伏岩层为载体，冲击动载荷以脉冲波或弹性波形式加载，向岩体深部、采场转移，在薄弱点产生冲击——震源与冲击显现位置不一致。监测系统一旦记录，可能会出现两种结果：一、震源产生的较大能量在传递过程中，能量衰减殆尽，到达采场不足以诱发冲击，采场也就没有冲击破坏。这种大能量事件是矿震，但矿震不是冲击地压；冲击地压是矿震在采场的破坏形式（显现），而多数大能量矿震在采场没有显现，甚至没有感觉。二、震源产生的较大能量传递到采场时剩余能量足以诱发冲击？会有如下两种结果：1、采场煤岩体存在薄弱点（存在高应力、高密度、高弹性煤岩体），发生冲击破坏；2、采场没有薄弱点，抑或是通过采取了预处理措施，消除了薄弱点，不会发生冲击破坏。冲击地压灾害防治研究中心-19-震动场预警实例国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动典型大能量事件统计序号事件震源震级能量主要宏观显现1“1.30”事件震源位于工作面前方176.6m，上平巷向下50.8m的煤层中。1.43级9664.48J多架刚性棚发生强烈扭曲变形，联巷以外30m范围内的卸压孔在2m以内全部塌孔。2“2.19”事件震源位于工作面前方51.5m，上平巷向下46.9m的煤层中。1.6级19683.7J（1）二联巷上片口20m以下巷道顶板与底板闭合，未闭合段巷道高度1.8m左右。（2）二联巷下片口板闭被冲开，联巷内200#--210#钢带两帮突出，巷道1.8m左右，210#钢带以上至上端头向下20m区段顶底板闭合。3“3.7”事件震源位于工作面前方40.5m，下平巷向上90.8m，顶板上方50m。1.77级22703.51J工作面煤壁超前31m至61.4m范围内煤体出现整体外移、抛射现象。4“4.18”事件震源位于工作面前方238.6m，下平巷向上84.4m，顶板上方171m。1.90级3.44*105J1#超前支架外40m范围（切眼外270m～310m）顶板因支护失效顶板下沉较大。两帮几无变形，区域内两帮卸压孔深度2.0m以里基本闭合，孔内煤粉呈喷射散状。➢震动场预警案例分析筷子现象冲击地压灾害防治研究中心-13-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动2-1、高频KJ551局部微震监测系统该系统主要对回采工作面震动信号的即时、连续、自动监测，能够准确计算出能量大于100焦耳、震动频率60~1500HZ的震动发生的时间、能量及三维坐标，监测采场围岩三维破裂特征，确定出断裂层位。KJ551微震监测系统实时监测效果图KJ551微震监测系统主要功能可以作为局部监测系统应用。冲击地压灾害防治研究中心-14-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动KJ551微震监测系统该系统主要布置在回采工作面两巷超前区域，顶底板检波器交叉布置，均布置在人行道侧，垂直于水平面安装，不得与异物接触。顶板检波器钻孔距巷帮0.5～1.5m垂直于顶板安装；底板检波器钻孔按俯角45°布置在帮部底角。KJ551微震监测系统布置图冲击地压灾害防治研究中心-21-震动场预警阈值国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动➢预警阈值指标体系结合开采强度与覆岩结构状态，应用正态分布函数综合分析，创建“日释放总能量、单位推进度能量、单班释放能量、单一大能量事件、绝对能量指标和能量异常系数”等震动场预警指标，分限产、停产2级预警处置，构建采场“以量定采”的管控模式。冲击地压灾害防治研究中心-14-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动高频微震监测日释放总能量、频次、单位推进度能量与推进度相关曲线冲击地压灾害防治研究中心-20-震动场预警技术实例国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动➢震动场预警案例冲击地压灾害防治研究中心-18-微震监测预警技术国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动以高频段（60－1500Hz）KJ551监测系统实现局部高精度监测，对采场围岩破坏能量开展量变监测、趋势预测预警；以中低频段（0.1-60Hz）KJ874地震（矿震）台与（0.1-600Hz）SOS、ARAMIS监测系统实现区域监测，控制定位大能量事件，形成0.1－1500Hz全频段监测预警台网。！深源大能量事件或没有破坏力！！浅源小能量事件产生大破坏！！！电磁辐射监测系统！！！！地音监测系统➢全频段震动场监测台网冲击地压灾害防治研究中心-14-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动震动监测预警与处置冲击地压灾害防治研究中心-14-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动震动监测预警与处置冲击地压灾害防治研究中心-14-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动震动监测预警与处置冲击地压灾害防治研究中心-12-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动中低频微震监测系统检测地震（矿震）波形对比冲击地压灾害防治研究中心-15-震动场监测系统国家煤矿安全监察局“煤矿安全科技进山东”活动2-2、ARES-5/E地音监测系统该系统主要监测震动能量比较弱的，一般为0～1000J，震动频率高，通常大于150Hz而小于3000H