微地震技術(shù)在采礦安全監(jiān)測中的應(yīng)用分析

孫貴林

（重慶華地工程勘察設(shè)計院，重慶 400042）

1 前言

微地震監(jiān)測技術(shù)是記錄地下發(fā)生的微地震、地下裂縫、應(yīng)力狀態(tài)以及壓力分布等進行判別的技術(shù)，地震在我國分布范圍較為廣泛，震級越小則頻率越高，尤其是-2級以下震級的微地震在地下十分普遍，微地震一旦發(fā)生后會對煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來很大影響。礦山生產(chǎn)過程中十分容易發(fā)生微地震，而人們能監(jiān)測到的微地震并不是人為因素引發(fā)的，因此，微地震監(jiān)測技術(shù)在實際應(yīng)用中也被稱為無源微地震監(jiān)測技術(shù)，國內(nèi)主要使用地面監(jiān)測技術(shù)對采礦安全生產(chǎn)進行監(jiān)測，同時隨著微地震技術(shù)的不斷發(fā)展，其已被廣泛運用到可容性礦開采、礦山安全預(yù)測等領(lǐng)域，對強化煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)及生產(chǎn)效率有著重要的現(xiàn)實意義。

2 微地震簡介

現(xiàn)代化礦井在安全生產(chǎn)過程中要求其必須具備自動安全監(jiān)測系統(tǒng)，徹底改變傳統(tǒng)上依靠人工測試、人工判斷預(yù)報等監(jiān)測方法，國際上研制出了能夠在三維空間內(nèi)實測、鑒別巖體破裂的微地震監(jiān)測系統(tǒng)，這對提高礦山采礦安全監(jiān)測工作的效率及質(zhì)量有著重要作用，同時也可以在很大程度上降低測試人員的工作強度，對促進煤礦產(chǎn)業(yè)在新時期的良性發(fā)展有著重要作用。很多材料在承受荷載時都會有聲發(fā)射現(xiàn)象，所謂的聲發(fā)射反射現(xiàn)象是指材料在外界應(yīng)力的作用下，將材料內(nèi)部產(chǎn)生局部彈塑性能集中的現(xiàn)象，當材料內(nèi)部集聚到一個特定的臨界值后，便會引起材料微裂縫的產(chǎn)生與擴展，微裂縫的產(chǎn)生與擴展過程中會伴隨著彈性波或應(yīng)力波的傳播，這便導(dǎo)致材料在實際上產(chǎn)生了聲反射現(xiàn)象。相對于較大尺寸的巖體產(chǎn)生聲反射現(xiàn)象，在地質(zhì)學(xué)中將這種現(xiàn)象稱為微地震，并且在周圍巖體快速釋放和傳播，在一般情況下微地震所產(chǎn)生的信號強度相對較弱，人類的耳朵是不能接收到這種信號的，但是可以借助靈敏的電子儀器來對微地震進行監(jiān)測。礦山企業(yè)在生產(chǎn)過程中的巖石中錯位會產(chǎn)生較低水平的微地震，而孿晶、顆粒界面的移動，裂縫的產(chǎn)生和傳播等都會導(dǎo)致其產(chǎn)生較為宏觀的微地震，只有對微地震進行準確、有效的監(jiān)測，才能確保礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)工作及提高其整體生產(chǎn)效率。

3 礦山安全開采微地震監(jiān)測

礦山在開采過程中隨著開采深度的不斷增加，地壓、瓦斯以及地下承壓水等安全問題便會十分突出，微地震技術(shù)在解決這些問題過程中有著重要的作用，沖擊地壓會對采礦安全帶來很大影響，沖擊地壓在發(fā)生時會導(dǎo)致煤塊以很高的速度飛入巷道，這會對礦山施工人員的生命安全帶來很大威脅，同時也會使礦山施工設(shè)備受到嚴重損壞。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，由砂礫巖等關(guān)鍵層破裂引起的礦震占礦震總數(shù)量的50%左右，只有很少一部分礦震在出現(xiàn)后導(dǎo)致了沖擊地壓，這便說明了礦震與沖擊地壓兩者之間有著本質(zhì)性差別，但是二者都是由于地球內(nèi)部物理破壞相聯(lián)系的巖體穩(wěn)定性問題，而且二者在發(fā)生之后都會在短時間內(nèi)釋放出大量的應(yīng)變能。巖石破裂主要有張破裂和剪破裂兩種形式，其中張破裂是由爆炸、洞塌陷以及震源車震動等原因引起的，其在發(fā)生時的信號特征是對所有方向進行推動或拉動，而且在張破裂發(fā)生時只會產(chǎn)生縱波。與震源有一定距離的波動傳播到達地表時，所有道都具有相同的相位。剪破裂信號的主要特征是各分量在不同站相位存在很多差異性，同時水平分量的記錄相位也會存在一定差異，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是受到臺站位置影響。在礦山開采過程中為了更好的對較大破裂進行定位，可以利用三分量的儀器對其進行觀測及數(shù)據(jù)處理，這樣才能幫助礦山企業(yè)更好地對采礦安全進行監(jiān)測。

4 礦山安全監(jiān)測中的應(yīng)用

地震預(yù)報過程中最主要的技術(shù)就是“以震報震”，通過這種方式可以更好的預(yù)防地震災(zāi)難，在宏觀地震領(lǐng)域中，以震報震的技術(shù)在實際應(yīng)用中很少有成功的事件，這是因為地震中的大震和小震有可能出現(xiàn)在同一個地理位置中，但是其在本質(zhì)上并不是處于同一個深層面，小震和大震之間彼此深度的距離差相對較大。震區(qū)介質(zhì)參數(shù)、物理條件等都是無法運用人眼對其進行觀察，但是我們可以通過一些物理現(xiàn)象對其進行推測，而這種使用推測而獲取的結(jié)果，可靠性、準確性以及科學(xué)性相對較低。礦山地震與其他地震存在很大差異性，礦山監(jiān)測到的微地震有可能與礦層處于同一個深度，預(yù)測層深度的物理條件、介質(zhì)參數(shù)等可以通過儀器直接對其進行測量、觀察。在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域中，運用微地震技術(shù)來預(yù)報較大地震的可行性很高，在國外一些發(fā)達國家中，在運用以震報震的方法時，使用0級以下的地震來預(yù)報0級以上地震的現(xiàn)象十分普遍，而且根據(jù)國外的使用案例可以發(fā)現(xiàn)，以微地震來預(yù)報較大地震的成功率可以高達50%左右，如果國內(nèi)礦山生產(chǎn)領(lǐng)域可以充分利用這一技術(shù)，那么對加強礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要作用。

5 微地震技術(shù)的實際應(yīng)用

本文為了確定微地震技術(shù)在實際應(yīng)用中的可行性，針對微地震監(jiān)測開展了一項試驗，微地震事件的觀測主要是通過先進的檢測系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)主要是由3個三分量檢波器為主，微地震檢測儀是本次試驗過程中的核心設(shè)備。試驗結(jié)果證明，微地震技術(shù)在實際應(yīng)用中可以有效確定煤礦生產(chǎn)中斷裂帶及垮塌帶的準確位置，并可以有效揭示出采煤工作面周期來壓、斷裂帶與垮塌帶的邊坡角、地下應(yīng)力場的分布規(guī)律等，同時在使用微地震技術(shù)在對礦山生產(chǎn)進行監(jiān)測過程中，其具有投資少、費用低、精確度高等特點，所以其在礦山生產(chǎn)領(lǐng)域中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。試驗結(jié)果還證明，不同礦區(qū)、不同地質(zhì)條件、不同采煤方法所導(dǎo)致的微地震特征存在很大差異性，所以在實踐過程中要根據(jù)這一特點對其進行區(qū)別對待，不可能所有礦區(qū)在應(yīng)用過程中都使用同一標準。

結(jié)語

微地震監(jiān)測技術(shù)是一個廣泛應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域的新技術(shù)，國內(nèi)外很多企業(yè)都在大力發(fā)展這一技術(shù)，其對保證煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要作用，可以減少煤礦生產(chǎn)中因微地震而導(dǎo)致的不良影響，這對提高煤礦生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益有著重要作用。

[1]張興民.微地震監(jiān)測技術(shù)在礦井災(zāi)害防治中的應(yīng)用[J].金屬礦山.2013（12）.

[2]金維浚.微地震監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用[J].地震.2013（10）.