锌铁矿井下微震监测技术分析.pdf

2024年第1期新疆钢铁总第169期锌铁矿井下微震监测技术分析张冲（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）摘要：微震监测技术作为一种新的岩石力学监测技术，可以实现对矿山井下应力及能量释放的监测。通过分析微震监测系统的原理、技术特点，介绍微震监测系统在锌铁矿井下的应用，进而分析微震监测技术在矿山安全生产中的作用，以期提高矿山生产的安全性和效率。关键词：锌铁矿；微震监测；矿山安全生产DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.028中图分类号：TD32文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0086-03Analysis of Microseismic Monitoring Technology for Zinc IronOre UndergroundChong Zhang(middling coal Science and Engineering Group Chongqing Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400037)Abstract:Microseismic monitoring technology,as a new rock mechanics monitoring technology,can achieve monitoring of underground stress and energy release in mines.By analyzing the principle and technical characteristics of microseismic monitoring systems,this paper introduces the application of microseismic monitoring systems in zinc iron mine underground,and further analyzes the role of microseismic monitoring technology in mine safety production,in order to improve the safety and efficiency of mine production.Key words:zinc iron ore;microseismic monitoring;mine safety production作者简介：张冲，男，41，硕士，高级工程师，中煤科工集团重庆研究院有限公司。E-mail：引言随着锌铁矿开采规模和深度的不断增加，矿山地质环境、开采环境等方面存在着诸多安全隐患，造成矿山安全事故频繁发生。井下生产作业时可能发生地质灾害、岩爆、冒顶等事故，一旦发生事故可能会造成人员伤亡、设备损坏等严重后果。为了监测矿山井下安全，微震监测系统应运而生。这种系统采用地震波定位和记录技术来监测矿山井下生产过程中岩体结构变化的系统，通过接收来自地应力变化和矿岩破裂释放出来的能量来保障矿山井下安全。目前，美国Holton公司生产的Holton微震监测系统是应用最广泛的系统，它由地震台网和监测分析系统两部分组成，主要用于矿山井下安全生产。1微震监测系统组成XX锌铁矿隶属新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县管辖，位于和静县城340方位约163千米处，具体如下图1所示。矿山井下微震监测系统包括地震台网和监测分析系统两部分，如图1所示。地震台网由固定的台站和移动的地震台车组成。台站通常设置在工作面附近，台站通过光纤与固定的地震台连接，台站有一个可移动的供电装置，使台站可以不间断地供电。地震台车则通过电缆连接到移动的地震台车上，每个地震台车有一个可移动的供电装置，并通过电缆与固定在工作面附近的台站连接。当煤矿井下发生微震时，移动的地震台车上安装的一套监测分析系统就能发挥作用。该系统主要用于接收和分析井下微震信号，并将其存储在计算机中。微震监测系统主要由以下几个部分组成：（1）传感器：传感器是微震监测系统的核心部分，它将微震监测系统采集到的数据传送给计算机。传感器安装在工作面附近或巷道附近。目前常用的传感器有两种：加速度计和超声波传感器。加速度计用于测量微震事件发生时地面加速度变化量；超声波传感器用于测量微震事件发生时产生的声脉冲信号；（2）采集与控制系统：采集和控制系统是微震监测系统的硬件部分，其主要包括信号采集器、信号处理器和电源管理模块等。采集与控制系统通过电缆86新疆钢铁总第169期2024年第1期连接到计算机上，通过数据采集卡将采集到的数据传输到计算机中；（3）地震台网由若干个固定在工作面附近的地震台组成。地震台主要是根据设计布置而成，以满足微震监测系统对微震事件信号接收、存储和处理等要求。地震台网中设置有多个台站，通过电缆将多个台站连接起来构成了一张完整的微震监测网络。图1 矿区交通位置图1.1系统工作原理在井下开采时，顶板和围岩发生破裂，释放出的能量通过岩石的裂隙扩散，传递到井下的其他地方，形成地震波。在矿体的采空区和附近发生地震时，地下矿岩中释放出的能量将通过围岩裂隙扩散到地表附近，形成微震事件。微震事件监测系统通过接收从微震监测台站发往地表的地震波信号来监测矿山井下安全。系统在监测分析系统中将数据存储并传输到计算机中，然后使用数据分析软件进行处理分析。数据分析软件是基于Windows操作系统开发的，可以方便地对数据进行处理、显示、查询和打印1。地震台网主要包括8个台站共24个传感器，每个台站有8个传感器。每一个传感器安装在垂直于矿体方向上，向下垂直于巷道方向安装，以接收矿体顶板、围岩和巷道顶板的应力变化和微震信号。微震监测分析系统由服务器、工作站和其他必要的硬件设备组成，它可提供地震数据采集、存储和管理软件支持。1.2系统主要功能微震监测系统主要是用来监测矿山井下生产作业过程中的岩体结构变化，包括地表裂隙、断层、冒落带的发展及采空区的变形，从而评估地下采矿活动对矿山环境和人员安全的影响。目前国内微震监测技术主要有三类：一是以美国 Holton公司生产的Holton微震监测系统为代表，这种系统采用了最先进的GPS卫星定位技术，是一种多通道、高精度的地震定位系统，适用于较大范围内的地壳运动监测；二是以美国Moving公司生产的微震监测系统为代表，该系统采用了全球定位技术，具有高精度和高灵敏度等优点；三是以美国Nova公司生产的微震监测系统为代表，这种系统采用了最先进的三维空间地震定位技术和信号分析处理技术，具有高精度、高分辨率、多通道等特点。三种监测系统都能有效地监测矿山井下生产作业过程中岩体结构变化，可以为矿山安全生产提供有力保障2。2微震监测系统微震监测系统主要包括传感器、信号调理电路、信号采集系统和数据分析软件。传感器主要安装在岩体中，通过实时监测岩体破裂释放的微震信号，确定微震事件的发生时间、位置及能量等特征参数，实现对岩体破裂过程的监测。信号调理电路用于将传感器接收到的微震震源的频率信号转换成合适的电压信号，并将其输入到数据采集系统，以便将微震事件记录下来。数据采集系统由数据采集卡、数据处理软件和通信系统组成，在监测过程中，通过对微震事件记录数据进行实时采集，并对采集到的微震事件记录数据进行初步处理和分析。其中传感器是微震监测系统中的关键元件，它能够将所接收到的微震震源信号转换成电信号。传感器将接收到的电信号处理成一定的电平信号，并送至信号调理电路进行处理。信号调理电路负责将传感器接收到的电信号放大和滤波等一系列处理。而数据处理软件则是对传感器采集到的地震波形进行分析、计算和显示等。矿山微震监测系统可以实时对井下岩体破裂释放的能量进行监测，有效地预测岩体破坏与失稳，指导矿山安全生产3。3微震监测系统在锌铁矿井下的应用锌铁矿属于露天开采，由于井下开采所受影响因素较多，因此在开采过程中存在较多不确定因素。据统计，在锌铁矿井下巷道中发生的岩石破坏事件有50%是因为岩石破裂所致。岩石破裂导致的地压灾害已经成为锌铁矿主要的安全隐患，其造成的经济损失及人员伤亡严重威胁着矿山安全生产。为了确保井下作业人员生命及财产安全，锌铁矿在井下部署了多个微震监测系统。该系统由三向872024年第1期新疆钢铁总第169期反射型加速度计、光纤传感器、多通道数据采集终端等组成，可对井下微地震事件进行实时监测。微震监测系统能够及时了解地下岩体的破裂情况，发现潜在的危险因素，为安全生产提供保障。在井下施工时，每个采空区都布置了3个传感器，井下作业人员通过电缆连接到微震监测系统上。传感器能够实时将井下微震事件传回地面，经过处理后将数据上传到监控中心，从而实现对整个地下岩体的监测。4微震监测系统在锌铁矿井安全生产中的作用微震监测系统通过对矿山井下爆破震动进行实时监测，分析矿山开采过程中的震动情况，进而为矿山安全生产提供技术保障。微震监测系统具有较高的监测精度和较强的抗干扰能力。在微震监测系统中，每一个传感器都可以被看作是一个传感器节点，可以实现对整个矿体的监测。在锌铁矿井下的微震监测系统中，每一个传感器节点都能够采集到震动信号并进行分析。4.1微震监测系统能够及时发现安全隐患，减少矿山生产事故锌铁矿井下微震监测系统在采矿过程中，能够实时监测采矿活动，及时发现矿体开采过程中出现的安全隐患，为安全生产提供技术保障。比如某矿山在开采过程中，爆破震动对周围居民的生活产生了影响。通过微震监测系统发现，某居民所住的房屋在爆破时受到了严重的破坏，房屋的墙体出现了大量的裂缝。微震监测系统分析后发现，该房屋处于矿山开采活动中，经过爆破后，房屋周围的岩体发生了较为明显的移动，从而导致了房屋墙体出现裂缝。微震监测系统通过对震动信号进行分析，发现爆破震动对该居民所居住的房屋产生了较大的影响。在微震监测系统发现后，相关工作人员立即将该居民撤离。根据微震监测系统分析结果显示，该居民所居住的房屋出现了明显的裂缝和位移情况。经过对该居民房屋进行加固处理后，在爆破时受到的震动影响较小。由此可见，实时监测井下爆破震动可以及时发现矿山开采过程中的安全隐患，避免矿山事故的发生4。4.2微震监测系统能够对安全问题进行预警，避免安全事故的发生在锌铁矿的开采过程中，矿石的提取会产生大量震动信号。这些震动不仅干扰了矿区工作人员的正常作业，而且由于震动频率较高，也增加了矿体内部震动的频率，极易对周边人员及其生命财产安全造成威胁。进一步，锌铁矿开采的深度和技术复杂性增加了塌方等安全事故的风险。在这种背景下，微震监测系统的实时监测功能显得尤为重要。它不仅能够预警矿区开采过程中可能出现的安全隐患，而且能及时揭示生产过程中的问题。实际上，矿山开采受多种因素影响，容易引发塌方等安全事故。通过实时监测矿体震动信号，可以及时发现矿区内部的安全问题，捕捉安全事故发生前的微小变化，从而确保矿山生产的安全性。4.3微震监测系统能够及时了解矿山井下作业环境，降低采矿工作的风险在锌铁矿井下的微震监测系统中，每个传感器节点都会在矿体开采过程中记录到震动信号，同时在传感器节点之间建立一条数据传输通道，对矿体开采过程中的震动情况进行实时监测。通过对震动信号的分析，可以了解到井下的爆破震动情况，进而可以及时采取有效措施减少采矿工作带来的安全隐患。此外，微震监测系统还具有较强的数据处理能力，通过对矿体开采过程中产生的数据进行分析，可以及时掌握采矿工作存在的安全隐患。在实际情况中，由于采矿工作存在较大风险，所以需要对采矿作业环境进行有效监测，及时发现采矿过程中存在的安全隐患。5结论综上所述，微震监测系统在锌铁矿井下应用效果良好，为矿山安全生产提供了技术保障。本文主要介绍了微震监测系统的原理、组成，通过对微震监测系统在锌铁矿井下的应用，分析了微震监测技术在矿山安全生产中的作用，从而为矿山安全生产提供了技术保障。参考文献1 王志敏.矿井井下地压微震监测技术优化研究 J.自动化应用，2023，64（11）：170-171.2 杨亚东.8502采区冲击地压微震监测与防治技术分析 J.江西煤炭科技，2023（03）：99-101+107.3 陈法兵，吴红军，崔保阁等.煤矿微震监测台网监测能力分析与优化方法 J.工矿自动化，2022，48（07）：96-104.4 王元杰，刘宁，陈法兵等.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 J.采矿与岩层控制工程学报，2023，5（03）：87-97.88