第5期 孔令海等：基于高精度微震监测的特厚煤层综放工作面顶板运动规律 ·553 裂步距等不清楚，每支架平均工作压力12000k的 近似对称，工作面上下端头覆岩破坏高度基本一致， 液压支架仍出现了压架现象，现场也缺乏有效监测 即上下端头覆岩破裂范围和支承压力分布规律近似 手段.对类似塔山煤矿煤厚15m以上一次采全厚 对称.因此根据矿山压力与岩层运动理论，对工作 综放工作面顶板运动规律等方面的研究，尚未见国 面一侧覆岩层运动的监测即可推断整个工作面的覆 内外相关文献报道.因此，有必要深入研究特厚煤 岩运动规律. 层综放工作面的岩层运动规律，以指导工作面安全 根据众多学者己有对长壁工作面岩层运动规律 科学开采，为特厚煤层综放工作面高产高效提供 和顶板结构的研究成果4-以及塔山煤矿8103 保障. 工作面现场开采条件，高精度微震监测范围选取在 微地震监测技术是一种基于交叉学科的新技 该工作面回风巷进行监测. 术，该技术采用震动定位原理，在监测区域周围附近 为了能够精确监测岩层断裂位置，提高微震监 空间内布置多组检波器实时采集因岩层破裂而产生 测的精度，同时考虑到可靠性，在回风巷距离工作面 的微震数据，经过数据处理和定位后，可确定发生破 切眼250~680m的范围内安装20组三分量检波 裂的位置，并在三维空间上显示出来.国内外学者 器，分别布置在工作面下回风巷顶板岩层和底板岩 对此进行了大量卓有成效的研究，取得了很多有价 层的钻孔中.安装在钻孔中的相邻两组三分量检波 值的成果6-1，该技术也日益成为监测因采动引起 器的间距为30四检波器布置采取区域内集中式布 的岩层运动的最为有效的研究手段之一. 置.由于微地震监测信号的有效区域一般在200~ 本文采用北京科技大学自主研发的高精度微地 300?坚硬岩层断裂的监测距离可以达到1000m 震监测技术域称集中式微地震监测技术，对特厚 以上.因此目前的测区可以覆盖走向800四顺槽 煤层综放工作面覆岩运动规律进行了监测和研究. 两侧各300m的区域. 微震监测系统在工作面顺槽安装完毕后，通过 1高精度微地震监测系统的精度标定 放炮进行系统原位的精度标定，以达到检验系统工 开采煤层为水平煤层，工作面为四周实体煤开 作状态和获得微地震波在该工作面岩层的传播参数 采，根据矿山压力和岩层运动理论，四周实体煤 的目的.标定炮钻孔口部设在回风巷道的底板岩 开采后覆岩层下沉盆地成“O”形.当工作面推进到 层距离切眼464四钻孔朝向开采工作面一侧的底 一定距离后，最大破裂高度不再扩展，空间结构尺度 板岩层打钻，钻孔与水平面间的夹角为45，距离底 参数进入相对稳定阶段.当不考虑地质构造，地层 板岩层与煤层的交界线即垂深为4.6四距工作面 为水平各向同性介质时，沿推进方向以工作面中部 一侧巷帮水平投影长46四标定炮触发的微地震 为对称轴，可认为四周实体煤开采工作面上下端头 波波形见图1. aHo-WAN3MrEt 电A牌 固 长1-4州14)-2654349./5236 K> 个大携渐54349 （ D 3 图1各组检波器接收到的标定炮波形图(a)和边检波器接收到的标定炮波形放大图() Fig 1 Calbration blast ng waves rece ived from differentgoups of derecors a)and enla gmentofcalibration blasting waves rece ived fron De tec or 也(b 利用布置在钻孔内检波器接收到的微地震波初 波器的距离可通过计算得到，每个检波器之间的距 始到时结合各检波器的空间坐标确定波速.钻孔中 离差除以爆破波形到达对应检波器的时间差，即可 检波器的坐标己知，检波器接收的微地震波的初始 以得到一个速度值，如此得出一系列的速度值，即为 到时可通过波形信息得到，放炮震源点至各底板检 微地震波的传播速度见表1第 5期 孔令海等 :基于高精度微震监测的特厚煤层综放工作面顶板运动规律 裂步距等不清楚 ,每支架平均工作压力 12 000 kN的 液压支架仍出现了压架现象 ,现场也缺乏有效监测 手段.对类似塔山煤矿煤厚 15 m以上一次采全厚 综放工作面顶板运动规律等方面的研究, 尚未见国 内外相关文献报道.因此 , 有必要深入研究特厚煤 层综放工作面的岩层运动规律 ,以指导工作面安全 科学开采, 为特厚煤层综放工作面高产高效提供 保障. 微地震监测技术是一种基于交叉学科的新技 术 ,该技术采用震动定位原理, 在监测区域周围附近 空间内布置多组检波器实时采集因岩层破裂而产生 的微震数据 ,经过数据处理和定位后 ,可确定发生破 裂的位置,并在三维空间上显示出来.国内外学者 对此进行了大量卓有成效的研究, 取得了很多有价 值的成果 [ 6--13] ,该技术也日益成为监测因采动引起 的岩层运动的最为有效的研究手段之一. 本文采用北京科技大学自主研发的高精度微地 震监测技术 (或称集中式微地震监测技术 ), 对特厚 煤层综放工作面覆岩运动规律进行了监测和研究. 1 高精度微地震监测系统的精度标定 开采煤层为水平煤层 ,工作面为四周实体煤开 采 ,根据矿山压力和岩层运动理论 [ 14] , 四周实体煤 开采后覆岩层下沉盆地成 “O”形 .当工作面推进到 一定距离后 ,最大破裂高度不再扩展 ,空间结构尺度 参数进入相对稳定阶段.当不考虑地质构造 ,地层 为水平各向同性介质时 , 沿推进方向以工作面中部 为对称轴,可认为四周实体煤开采工作面上下端头 近似对称 ,工作面上下端头覆岩破坏高度基本一致, 即上下端头覆岩破裂范围和支承压力分布规律近似 对称 .因此, 根据矿山压力与岩层运动理论, 对工作 面一侧覆岩层运动的监测即可推断整个工作面的覆 岩运动规律. 根据众多学者已有对长壁工作面岩层运动规律 和顶板结构的研究成果 [ 2--3, 14--15]以及塔山煤矿 8103 工作面现场开采条件 ,高精度微震监测范围选取在 该工作面回风巷进行监测. 为了能够精确监测岩层断裂位置, 提高微震监 测的精度 ,同时考虑到可靠性 ,在回风巷距离工作面 切眼 250 ～ 680 m的范围内安装 20 组三分量检波 器, 分别布置在工作面下回风巷顶板岩层和底板岩 层的钻孔中.安装在钻孔中的相邻两组三分量检波 器的间距为 30 m,检波器布置采取区域内集中式布 置.由于微地震监测信号的有效区域一般在 200 ～ 300 m,坚硬岩层断裂的监测距离可以达到 1 000 m 以上 .因此, 目前的测区可以覆盖走向 800 m、顺槽 两侧各 300 m的区域 . 微震监测系统在工作面顺槽安装完毕后, 通过 放炮进行系统原位的精度标定, 以达到检验系统工 作状态和获得微地震波在该工作面岩层的传播参数 的目的.标定炮钻孔口部设在回风巷道的底板岩 层, 距离切眼 464 m,钻孔朝向开采工作面一侧的底 板岩层打钻,钻孔与水平面间的夹角为 45°,距离底 板岩层与煤层的交界线即垂深为 4.6 m, 距工作面 一侧巷帮水平投影长 4.6 m, 标定炮触发的微地震 波波形见图 1. 图 1 各组检波器接收到的标定炮波形图(a)和 B2检波器接收到的标定炮波形放大图(b) Fig.1 Calibrationblastingwavesreceivedfromdifferentgroupsofdetectors(a)andenlargementofcalibrationblastingwavesreceivedfromDetector B2 (b) 利用布置在钻孔内检波器接收到的微地震波初 始到时结合各检波器的空间坐标确定波速.钻孔中 检波器的坐标已知, 检波器接收的微地震波的初始 到时可通过波形信息得到 , 放炮震源点至各底板检 波器的距离可通过计算得到, 每个检波器之间的距 离差除以爆破波形到达对应检波器的时间差, 即可 以得到一个速度值 ,如此得出一系列的速度值,即为 微地震波的传播速度,见表 1. · 553·