日前，工程院承担的微震监测技术在A组煤底板灰岩水害防治中的研究应用项目通过验收。该科研项目结合潘二矿工程实际，构建了12123工作面底板微震监测系统，对底板破坏和采场围岩破裂情况及突水隐患进行实时监测，为突水区域114万吨A组煤的安全回采提供了技术支撑，节约地质构造区物探探查成本约150万元。

    以问题为导向，创新方法解难题

    矿井水灾是煤矿常见的主要灾害之一，底板灰岩水防治也是制约集团公司所属矿井A组煤安全开采的一项重要难题。对于历史上曾受到水害影响的工作面，因地质条件复杂、陷落柱隐伏，按照国内惯例，陷落柱突水区域内煤炭资源不再回采。然而，淮南矿区A组煤煤层厚，煤质优，属于1/3焦煤，经济效益好。“如果按照行业内的惯用做法，就等于丢弃了100多万吨的优质煤炭。”煤业公司总工程师朱贵旺表示：“回采有过突水史的工作面，面临的安全风险很大，目前还未有成功案例可借鉴。”

    如何运用先进科技手段，为安全回采保驾护航成为横在集团公司面前的一道难题。针对难题，工程院与煤业公司成立联合攻关课题组，围绕潘二矿12123工作面水文地质情况开展深入调查，经过研究论证，提出利用微震监测技术预测底板导水通道发育情况，达到对突水前兆预警目的。
“在突水等动力灾害出现之前，都有微破裂前兆。我们就是利用岩体声发射与微震的这一特点,对岩体的稳定性进行监测，从而预报岩体塌方、底板异常破坏等地压现象。”工程院深部实验室课题组相关负责人解释道：“通过专业仪器将接受的岩体微破声音波形转化成电信号并经数据采集系统转换成数据信号，经过处理、分析，定位岩体中微震事件发生的时间、位置、量级，结合底板充水水源实时变化信息，实现对潜在突水通道的动态实时监测和跟踪。”

    方法确定后，课题组迅速行动，深入工作面现场，采集该工作面顶底板岩层中的岩样，在实验室内进行波速测试，进一步提高微震震源定位的准确性，并通过力学和声发射实验，确定岩样破坏过程敏感指标。与此同时，课题组还结合在张集矿的微震监测预防底板突水的试点情况，创新采用全长锚固锚杆+转接器+微震探头组合式的探头安装方法，避免了传统直接埋设传感器方式对传感器造成的损坏，且方便对各个传感器的检查、维护及更换。“这种施工方法还有一点好处，就是可以循环利用。”深部实验室课题组成员韩云春介绍道：“这种组合式的安装方法，安装速度快，还能依据工作面回采进度随时挪移传感器，方便重新标定传感器，实现重复使用，降低成本。”

    以科技为手段，安全效益双提升

    在工作面回采过程中，科研人员开展微震监测524天，出具日分析报告等577份。围绕该工作面地质构造赋存情况，结合监测数据分析结果，构建了“蓝、黄、红、橙”四级预警体系，并首次提出“裂隙连通度”概念。

    “‘裂隙连通度’是衡量采动诱发的裂隙在时间和空间上的衔接与连续程度，当裂隙点高度衔接，就预示着导通含水层有突水隐患。” 深部 实验室课题组成员任波介绍道：“通过对微震监测数据进行分析，并结合底板充水水源实时变化信息，实现了对潜在突水通道的动态预警。”

    秉持吨煤必争原则，采用科技手段，通过预警体系的建立和动态实时监测，实现工作面114万吨煤炭资源安全回采，其中地质异常区煤炭资源23.6万吨，直接增提经济效益数亿元。

   “遇到异常带，我们通常的做法就是跳采，或进行注浆，待治理到位之后，再回采。此次工程院科研技术团队充分发挥微震监测技术优势，并融合水文监测、地质信息等综合分析成果，为我们提前规划、实时监测预警，在顺利回收异常带煤炭资源的基础上，为矿井节约地质构造区物探探查工程3次，节约成本约150万元。”潘二矿总工程师魏廷双介绍道。

    “安全就是最大的效益。”集团公司资深专家、深部实验室主任郑群表示：“12123工作面的安全回采，可以为潘二矿及国内其他地质与水文地质条件类似矿井的煤层底板水害监测预警技术提供可借鉴的工程实践经验。”

    在重点关注底板微破裂事件发育情况的同时，课题组利用微震监测数据对顶板异常微震事件进行了系统分析，并开展了微震监测对注浆区域稳定性评价的探索研究。研发了基于长短时记忆时间循环神经网络的底板突水智能预警模型，构建了淮南矿区A组煤底板的指标型、统计型和智能学习型突水危险性预警模型体系，并融合机器学习、时序大数据挖掘和现代物联网技术，开发了大容量、高伸缩性的突水灾害数据仓库，初步实现了煤矿突水灾害大数据智能预测预警，为指导集团公司煤矿A组煤底板水害防治提供了新方法。

    “下一步，工程院将持续发挥自身科研、人才优势，立足制约集团公司主业发展的‘卡脖子’难题，开展科研攻关，切实为集团公司高质量发展提供可靠科技支撑。”工程院相关负责人表示。（王雪松）