我國煤礦沖擊礦壓微震監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究展望

王海琳　朱士祿

[摘要]煤巖體在開采影響下發(fā)生破裂、滑動(dòng)過程中，會(huì)產(chǎn)生一定頻率地震波向周圍傳播，釋放聚集的能量，而波的振幅和頻率又取決于煤巖體的強(qiáng)度、應(yīng)力狀態(tài)、破裂尺寸和變形速度等。因此，每一個(gè)微震信號(hào)都包含有巖體內(nèi)部狀態(tài)變化的豐富信息。應(yīng)用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其功能是對(duì)全礦范圍進(jìn)行微震監(jiān)測(cè)，為評(píng)價(jià)全礦范圍的頂板來壓危險(xiǎn)提供依據(jù)，有效預(yù)防災(zāi)害發(fā)生。

[關(guān)鍵詞]地球物理 微震 前景 展望

[中圖分類號(hào)] P183 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-207-1

1礦震機(jī)理的研究

近年來隨著科研項(xiàng)目的推進(jìn)，中國礦業(yè)大學(xué)多位教授已經(jīng)將礦震研究成果證實(shí)：礦山地震和天然地震的破裂機(jī)制具有相似性和一致性。然而，不同礦山地震由于誘發(fā)成因不同，破裂機(jī)制也各有特點(diǎn)。但是目前，沖擊礦壓震源機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不甚明了，直接導(dǎo)致現(xiàn)有微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的沖擊預(yù)測(cè)精度和各種重要指標(biāo)的準(zhǔn)確性和可靠性尚不夠高。不同震動(dòng)類型誘發(fā)沖擊礦壓的震源機(jī)理還沒有進(jìn)行系統(tǒng)的研究，現(xiàn)有的雙力偶、集中力偶等震源機(jī)制對(duì)許多礦山微震事件都無法給予合理解釋。因此，揭示不同沖擊礦壓類型的震源過程，尋找較好的礦震理論來解釋和指導(dǎo)沖擊礦壓的預(yù)報(bào)和防治實(shí)踐，是微震法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)沖擊礦壓的首要任務(wù)。

2沖擊礦壓破壞機(jī)理的研究

沖擊礦壓發(fā)生的震源機(jī)理和破壞機(jī)理，是沖擊礦壓的因與果。然而我們發(fā)現(xiàn)，震源機(jī)理相同產(chǎn)生的后果可能不同，造成相同或相近破壞效果的沖擊礦壓，其震源機(jī)理并不一定相同。實(shí)踐證明，沖擊礦壓和巖層震動(dòng)總是相伴而生。因此，需要根據(jù)微震監(jiān)測(cè)巖層破裂結(jié)果，在充分分析巖層震動(dòng)，尤其是關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的地震波傳播與煤巖體相互作用的基礎(chǔ)上，深入進(jìn)行煤巖體受地震波的動(dòng)力分析和能量聚集與耗散規(guī)律研究，從而最大限度降低沖擊礦壓可能造成的破壞，提供更為堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

3地震波波速機(jī)制研究

研究表明，巖石強(qiáng)度越高，地震波的傳播速度越快，即質(zhì)量因數(shù)越高，地震振蕩中所發(fā)生的頻譜越高。換言之，即在某介質(zhì)內(nèi)隨應(yīng)力增加，地震波的傳播速度也增大。根據(jù)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)觀測(cè)站接收到的震動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行震源定位后，利用地震層析成像技術(shù)，通過地震波到達(dá)各測(cè)點(diǎn)所需的時(shí)間和已知的距離，反演出地震波在不同巖層不同區(qū)域的傳播速度，并通過數(shù)學(xué)方法做出波速等值線圖，即可得知巖體的應(yīng)力分布狀態(tài)及變化趨勢(shì)，進(jìn)而可劃定高應(yīng)力和高沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。地震層析成像技術(shù)和微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，可對(duì)不同區(qū)域沖擊危險(xiǎn)性作較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和評(píng)價(jià)。

4不同微震信號(hào)識(shí)別技術(shù)及各自特點(diǎn)的研究

三河尖、華豐等礦區(qū)在這方面進(jìn)行了初步研究，如何進(jìn)一步完善不同微震信號(hào)的特征比較指標(biāo)，建立真正普遍化、實(shí)用可靠的識(shí)別技術(shù)，并對(duì)微震復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行識(shí)別及其除噪，使信號(hào)識(shí)別更準(zhǔn)確有效，最終達(dá)到快速識(shí)別沖擊危險(xiǎn)信號(hào)便于及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，仍需大量地統(tǒng)計(jì)和分析研究。

5微震法判別沖擊礦壓危險(xiǎn)的依據(jù)和準(zhǔn)則

微震法預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)沖擊礦壓在我國尚處于初步研究階段，目前使用的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要提供沖擊礦壓、礦震的發(fā)生地點(diǎn)和相對(duì)強(qiáng)度，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)預(yù)報(bào)，尚未真正形成系統(tǒng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)。因此，沖擊礦壓微震監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的關(guān)鍵突破口就是，通過大量現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，進(jìn)行微震規(guī)律分析，最終建立適合我國礦區(qū)的，真正能進(jìn)行沖擊礦壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的微震監(jiān)測(cè)指標(biāo)，建立微震法判別沖擊礦壓危險(xiǎn)的依據(jù)和準(zhǔn)則，提出不同沖擊危險(xiǎn)等級(jí)相應(yīng)的沖擊危險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)而對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)沖擊礦壓危險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和評(píng)價(jià)。

6傳感器技術(shù)的進(jìn)步和科學(xué)普及

眾所周知，微震數(shù)據(jù)的主要來源就是在礦震發(fā)生過程中或是起爆之后，由傳感器將振動(dòng)波手機(jī)，轉(zhuǎn)換信號(hào)，從而記錄下振動(dòng)波形，在后期通過數(shù)學(xué)手段進(jìn)行分析和判斷。傳感器布置過程應(yīng)該時(shí)刻注意三維空間和二維空間的無序和不交叉。但是現(xiàn)有的傳感器布置水平總是存在一定的盲區(qū)，而現(xiàn)在對(duì)礦震的認(rèn)識(shí)又無法排除這塊盲區(qū)所可能蘊(yùn)含的危險(xiǎn)，因此進(jìn)一步加大傳感器技術(shù)和使用方法的研究也是一大發(fā)展趨勢(shì)。

7空間、時(shí)間所面臨的新的挑戰(zhàn)

巖爆的預(yù)測(cè)及其對(duì)于沖擊礦壓的防治是當(dāng)今世界的前沿科學(xué)，就目前的測(cè)試技術(shù)，要準(zhǔn)確測(cè)定巖爆的時(shí)、空參數(shù)還有很多技術(shù)沒有解決，不同的計(jì)算理論有不同的假設(shè)條件，但是哪種理論更切合實(shí)際，還需要在實(shí)際工程中不斷的進(jìn)行比對(duì)、研究、改進(jìn)。并且，由于其隨機(jī)性很強(qiáng)，影響因數(shù)眾多，特別是分析軟件的參數(shù)與實(shí)際地址特征的匹配問題，還需要在實(shí)踐中不斷探索。

8結(jié)論

利用地球物理方法進(jìn)行預(yù)測(cè)是當(dāng)今世界的前沿科學(xué)，就目前的測(cè)試技術(shù)，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)還有很多技術(shù)沒有解決。采用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)工作面見方期間圍巖破壞的整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究巖層運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)巖層可能出現(xiàn)的沖擊礦壓。為見方期間實(shí)施針對(duì)性的沖擊地壓、煤與瓦斯突出和底板突水等礦井動(dòng)力災(zāi)害防治措施提供了依據(jù)。

微震技術(shù)無論是在地下工程建設(shè)和安全防護(hù)上還是在研究火山地震災(zāi)害上都有著非常廣泛應(yīng)用。我國微震研究尚處于初級(jí)階段，沒有利用微震信號(hào)進(jìn)一步研究，實(shí)時(shí)反演地下結(jié)構(gòu)。此外，未來可以通過無線網(wǎng)絡(luò)等手段將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回并建立有效的軟件系統(tǒng)，用微震技術(shù)研究火山、地震等災(zāi)害。隨著我國自主開發(fā)資源的步伐進(jìn)一步加快和自然科學(xué)的飛速發(fā)展，微震技術(shù)必將在油田、礦山、火山地震監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。

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