應(yīng)用場景
我國是世界產(chǎn)煤最多的國家之一，原煤總產(chǎn)量的絕大部分來自地下開采。然而我國煤田地質(zhì)條件十分復(fù)雜，礦井水害事故破壞性大、突發(fā)性強(qiáng)、往往導(dǎo)致群死群傷。加之搶救難度大、經(jīng)濟(jì)損失大、礦井恢復(fù)周期長、恢復(fù)期間安全隱患多等，因此，水災(zāi)是造成重大經(jīng)濟(jì)損失和群死群傷最為嚴(yán)重的煤礦五大災(zāi)害事故之一。而礦山發(fā)生水害必須具備的 3 個(gè)條件是水源、水量和導(dǎo)水通道。在這 3 個(gè)條件中，作為對(duì)水源和水量起決定作用的含水層，其補(bǔ)給和排泄條件具有區(qū)域性和面狀分布的特點(diǎn)，往往是易于查明和預(yù)測分析的，但導(dǎo)水通道(斷層、陷落柱)具有極強(qiáng)的局部性和隱蔽性，因此大多數(shù)突水災(zāi)害具有導(dǎo)水通道不可預(yù)知的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：
已探明的斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造活化與否的不可預(yù)知性
受采動(dòng)影響新生導(dǎo)水通道的不可預(yù)知性
原生導(dǎo)水通道的不可預(yù)知性
因此，導(dǎo)水通道的形成監(jiān)測成為預(yù)防突水災(zāi)害形成的關(guān)鍵，而微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)作為一種巖體微破裂三維空間監(jiān)測技術(shù)，是描述導(dǎo)水通道孕育、發(fā)展到最終失穩(wěn)過程的有效技術(shù)手段。
現(xiàn)狀分析
近年來，隨著地面三維地震、井下瞬變電磁、槽波地震以及地面水平分支孔等技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸形成了以地面綜合勘探、采掘工作面超前立體探測、井下預(yù)注漿加固隔水層、地面區(qū)域治理改造含水層、突水快速治理、超大排水能力保障等為核心的我國煤礦水害綜合防治技術(shù)體系，并在突水災(zāi)害防治、礦區(qū)水資源保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用。
然而，由于我國煤礦區(qū)水文地質(zhì)條件的先天復(fù)雜性，加之越來越多礦井采深不斷加大，煤礦受高壓奧灰水的威脅越來越大，礦井突水事故時(shí)有發(fā)生。綜合分析認(rèn)為，礦井深部導(dǎo)水通道形成機(jī)理不明、小微型突水隱患探查困難、高水壓環(huán)境井下 鉆孔施工不安全、工作面底板預(yù)注漿加固及地面區(qū)域治理還不能做到零缺陷、采掘過程中缺乏科學(xué)有 效的突水監(jiān)測預(yù)警技術(shù)等，是造成礦井突水災(zāi)害的主要原因。
為了精確定位災(zāi)害性突水通道，提高水害預(yù)警機(jī)制，安徽萬泰地球物理技術(shù)有限公司聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球物理技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)防治水微震監(jiān)測與成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為一種具有大范圍、全空間、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測功能的技術(shù)，近年來在石油、水電、礦山等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國煤礦在瓦斯、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)等方面，也有大量應(yīng)用。該系統(tǒng)可探查地下水強(qiáng)徑流帶、導(dǎo)水通道（裂隙、斷層和陷落柱）、突水通道、漿液擴(kuò)散過程和采空區(qū)未知水體突水的可行性及預(yù)測預(yù)報(bào)規(guī)律等方面取得良好技術(shù)效果，為進(jìn)一步做好我國煤礦水害防治工作開辟了一條新的技術(shù)途徑。
實(shí)施方案
1、項(xiàng)目名稱
防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)在礦山涌水（突水）中的應(yīng)用。
2、臺(tái)陣布設(shè)
3、現(xiàn)場實(shí)施
1）“一致性”測試
按照公司微震監(jiān)測現(xiàn)場實(shí)施規(guī)范，監(jiān)測設(shè)備到達(dá)目的地現(xiàn)場后首先進(jìn)行整套設(shè)備的復(fù)檢和原位試驗(yàn)。由于微震事件定位對(duì)于到時(shí)的依賴程度較高，各檢波器之間的道間一致性對(duì)于事件到時(shí)的標(biāo)定及最終定位結(jié)果至關(guān)重要。
2）“耦合”測試
為保證傳感器與目標(biāo)體有充分的接觸以及較好的幾何耦合，實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采集，在項(xiàng)目實(shí)施前進(jìn)行了多組不同方式的耦合對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
4、數(shù)據(jù)采集與處理
采集到的流體與巖體激蕩產(chǎn)生的信號(hào)及頻譜特征分析
5、涌（突）水監(jiān)測結(jié)果
防治水微震監(jiān)測與成像系統(tǒng)采集到的微震信號(hào)經(jīng)過自動(dòng)和人工精細(xì)化處理后的分析和定位結(jié)果，如圖:
項(xiàng)目效益
案例展示煤礦頂板導(dǎo)水通道監(jiān)測預(yù)警
應(yīng)用表明，防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)具有全空間、大范圍、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測探測功能，能夠有效捕捉到礦山井下采掘空間及其影響范圍內(nèi)由于地下水活動(dòng)及注漿工程引發(fā)的巖石破裂信息，在隱伏導(dǎo)水構(gòu)造及水文地質(zhì)異常體探測、構(gòu)造導(dǎo)水性評(píng)價(jià)、突水危險(xiǎn)地段確定、突水監(jiān)測預(yù)報(bào)、注漿漿液擴(kuò)散范圍及路徑描述等方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。進(jìn)一步加強(qiáng)微震事件屬性分析，總結(jié)、分析各類不同微震屬性所代表的水文地質(zhì)事件類型，提高微震事件定位精度，總結(jié)出用于突水預(yù)測預(yù)報(bào)的參數(shù)及閥值。本系統(tǒng)適合我國煤礦區(qū)特點(diǎn)的礦井水害微震監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方法，對(duì)豐富和完善我國煤礦水害防治技術(shù)體系具有積極意義，無論是經(jīng)濟(jì)利益還是社會(huì)效益均具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
案例展示
煤礦頂板導(dǎo)水通道監(jiān)測預(yù)警
工程概況：針對(duì)某礦開采引起的塌陷，監(jiān)測該礦塌陷形成機(jī)理，提出有效的監(jiān)測和超前預(yù)報(bào)技術(shù)方案。防治水微震監(jiān)測與成像系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果：
造成該礦塌陷主要因素包括:頂板上部為水活性強(qiáng)、浸水易崩解的軟質(zhì)紅層，同時(shí)該礦附件的水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件較復(fù)雜;由于該采礦方法具有較大的開采擾動(dòng)，存在頂板破裂和突水淹井的危險(xiǎn)。因此，利用防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)對(duì)該礦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如下圖：
防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前采礦方法下礦區(qū)大面積開采后頂板的三維破裂場、導(dǎo)水通道的形成發(fā)展過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)、提前預(yù)警。通過改進(jìn)數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，建立溶腔頂板異常識(shí)別標(biāo)志及溶腔發(fā)育地震波模型，可以在礦井開采中進(jìn)行有效地監(jiān)測導(dǎo)水通道和超前預(yù)報(bào)塌陷的發(fā)生。
防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)在煤礦防治水中的應(yīng)用與研究
某煤礦工作面回采期間，安裝了防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)工作面的圍巖破裂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。圖1為2018年8月9日和2018年8月10日兩次監(jiān)測到流體與固體作用產(chǎn)生的信號(hào)。
某礦在2018年9月10號(hào)發(fā)生突水事故，如右圖，防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)在1個(gè)月前監(jiān)測到流體與固體作用產(chǎn)生的信號(hào)，所以根據(jù)監(jiān)測到的信號(hào)特征，就可以對(duì)突水災(zāi)害提前做出預(yù)警，防治水微地震監(jiān)測與成像系統(tǒng)的發(fā)展為動(dòng)態(tài)測定底板破裂深度、動(dòng)態(tài)確定穩(wěn)定隔水層厚度、動(dòng)態(tài)確定突水系數(shù)提供了技術(shù)保障，通過分階段的突水預(yù)報(bào)，保障了工作面的安全開采，特別是監(jiān)測到了陷落柱受到了開采的影響，因此，提出了加固該陷落柱和調(diào)整開采方案的建議，為保障工作面安全開采提供了決策依據(jù)。
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