井上下一体化微震联合监测技术在防治水中的应用研究

针对ARAMIS M/E井下微震监测系统在垂直层位上定位精度较差问题,构建一种ARP 2000 P/E+ARAMIS M/E一体化联合监测系统,对2022年3月期间1550个有效微震事件在垂直方向上分布特征及数量特性进行分析,深入研究微震事件分布规律与导水断裂带发育高度之间的关系。结果表明:微震事件在平面上主要集中在工作面两端,且垂直方向上主要分布在煤层顶板至上方80 m内,与导水断裂带的发育高度紧密相关。联合监测系统获得的定位结果与覆岩“三带”现场实测结果高度一致,证实该联合监测系统在震源垂直定位精度上的有效性,ARP 2000 P/E+ARAMIS M/E一体化联合监测系统可为矿井防治水提供一种有效的技术手段。

近水平煤层井上下微震联合监测技术及应用

准确探测顶板岩层微震活动位置,尤其是震源垂直定位位置是了解覆岩空间结构特征的重要依据,对实现冲击地压精准防控具有重要意义。受限于软件算法和近水平煤层工作面测站布置方式,井下传统微震监测系统测得微震事件垂直方向定位精度低,无法满足覆岩结构运移精准监控的需求。鉴于此,在井下微震监测系统的基础上,增加地面监测台站,构成井上下微震联合监测系统,并在石拉乌素煤矿3111盘区开展工程示范。数据分析可知,井上下微震联合监测系统对能量大于1.0×10^(3)J的微震事件监测效果更佳,监测到的微震事件高程平均比井下传统微震监测系统高35.2 m,震源定位结果普遍跟矿井实际条件更加贴合,表明增加地表监测台站可有效提高震源垂直定位精度。研究成果对实现近水平煤层覆岩空间结构精准探测提供经验借鉴和指导。

基于井上下微震联合监测技术的地面水平井分段压裂效果分析

针对深井巨厚岩层动力灾害的防控,我国部分冲击地压矿井采用了地面水平井压裂防控技术。为了有效监测地面水平井压裂期间的压裂效果,提出了井上下微震联合监测方法,通过井上下微震联合监测台网的建设,对地面水平井分段压裂期间产生的微震事件进行有效监测、分析。结果表明,压裂施工与微震事件的发生具有明显的相关性,使用井上下微震联合监测方法,压裂时段微震事件分布在压裂缝网展布范围内的概率高达71%,微震事件分布与压裂缝网在垂直方向的展布范围具有较高的一致性;井上下微震联合监测技术的应用可有效提高微震的垂直定位精度,能够满足地面水平井分段压裂效果的观测。井上下微震联合监测技术的提出和应用可为后续地面压裂效果的观测、分析提供一定参考。

井-孔联合微震技术在工作面底板破坏深度监测中的应用

准确预测底板采动破坏深度是承压水上采煤底板水害防治中的一个关键问题,对于防治水方案的制定至关重要。根据山西保德煤矿的地质特征与工作面布置特点,采用高精度井–孔联合微震监测技术,对81307工作面底板破坏深度开展实时监测。利用锤击方法,标定了定位参数,验证了定位精度,确保微震监测系统的定位精度能够满足防治水要求,监测期间工作面回采600 m。监测结果表明:底板破坏深度为30m,其中在81308二号回风巷下方破坏较深,81307一号回风巷下方破坏只有15m,工作面超前破坏距离为25m,监测结果与相邻81306工作面利用压水试验测量的底板破坏深度基本一致。研究表明,井–孔联合微震监测技术可以获得工作面底板破坏深度及其空间分布特征,更好地为煤矿防治水服务。

基于井上下微震联合监测技术的矿井防治水应用研究

基于矿井的地质条件和开采条件,构建井上下一体化微震监测台网,提出了一种井上下微震联合监测技术,对井上下联合微震监测结果在垂直方向的空间分布特征和数量特征进行了分析,并对微震事件分布规律与导水裂隙带发育高度的关系进行了研究。研究结果表明:微震事件在平面位置主要集中在工作面两端,且工作面回风巷侧应力集中程度明显高于运输巷侧,垂直方向上微震事件主要集中在煤层上方0~80m范围内,微震事件数量在顶板以上80m后急剧减少,得出导水裂隙带的最大发育高度在煤层上方80m左右范围内;其中,工作面煤层上方0~20m为垮落带,20~80m为采动裂隙带,微震监测结果与理论计算基本相一致。

井-地-孔联合微震在多煤层开采顶板断裂高度监测中的研究

华北煤田西部鄂尔多斯侏罗系煤田顶板水害严重,而其导水裂缝带高度是评价顶板水害程度的关键水文地质参数,因此准确测定导水裂隙带发育高度是顶板水害防治的关键技术。井-地-孔联合微震监测技术具有实时、连续、动态、长期监测的优点,可以在地面、井下和孔中等位置布置传感器,形成对测区的全方位监测,具有比传统微震监测技术更高的定位精度,尤其是垂直方向的定位精度更高,能够满足防治水的要求。以布尔台煤矿42202工作面为例,在地面和井下巷道同时布置传感器,构建了井-地联合微震监测系统,对工作面回采过程中顶板裂隙发育高度进行实时监测,监测结果表明:42202工作面回采时顶板岩层破裂产生的地震波能够顺利穿越上组煤采空区到达地面,被仪器接收。此次监测回采工作面长800m,工作面回采过程中顶板裂隙发育高度为150~160 m,其测量结果与钻孔实测法获得的结果一致,而且工作面靠近未采区域侧的顶板裂隙比靠近采空区侧的更发育。研究表明利用井-地联合微震监测技术可以对工作面回采过程中顶板裂隙发育高度进行实时、高精度监测,对于顶板水害防治具有重要意义和实用价值。

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井–地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400^+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。

地面直井水压致裂防控巨厚硬岩运动型矿震试验研究

巨厚坚硬岩层运动产生的矿震和冲击地压灾害防控难度大,已经成为我国多个巨厚坚硬岩层矿区矿井安全生产的主要障碍。以东滩煤矿六采区巨厚硬岩工作面开采为工程背景,根据工作面开采期间矿震发生规律、地层结构特征及煤层开采条件,提出了地面直井分段水压致裂防控深井巨厚硬岩运动型矿震的方法,通过地面直井压裂降低巨厚硬岩的完整性、减小巨厚硬岩运动释放的弹性能,压裂期间采用自主研发的高精度连续采集微震监测系统对压裂过程中形成的裂缝形态进行监测,通过对压裂过程中的管路压力曲线、微震事件以及压裂后63_(上)06工作面回采过程中发生的微震事件规律进行分析,得到以下结论:(1)通过对压裂曲线以及压裂过程中接收到的有效微震事件在时间上分布规律的分析,将地面直井巨厚岩层水压致裂裂缝形成发育的整个过程分为起裂、岩石裂隙扩展、主裂缝形成、主裂缝延伸与次生裂缝形成和裂缝闭合返排5个阶段;(2)根据微震监测结果,地面直井高压水致裂形成的主裂缝方向143°~150°,长度为220~300 m,竖直高度300~344 m,基本实现了对目标巨厚硬岩的全厚压裂;(3)根据63_(上)06工作面在地面直井压裂区域开采期间的微震监测结果,对比相邻3个工作面在0~500 m开采期间1.5级以上矿震事件平均减少约54%,基本实现了预期的地面压裂减震目标,为东滩煤矿六采区巨厚硬岩工作面安全开采提供了保障。

煤层顶板导水裂缝带高度综合探查技术

新建矿井应进行顶板"两带"实测。采用井下上仰钻孔注水测漏法、井–地联合微震监测法以及UDEC软件数值模拟,综合探查高家堡矿井首采面顶板导水裂缝带发育高度。利用这3种方法获得的工作面停采线附近的导水裂缝带高度数值基本一致,分别为88.03 m、86.54 m和87.00 m,与实际情况相符合。与地面钻孔冲洗液法或井下上仰钻孔注水测漏法探查结果结合起来,井–地联合微震监测具有突出优势,可实现煤层顶板覆岩破坏与变形的时–空动态四维监测,是研究顶板"两带"发育高度及其变化规律的重要方法。