基于微震技術(shù)的礦山地壓活動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警研究

張爾輝 朱權(quán)潔 繆華祥 高林生 晁海杰 張 震

（1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京 101601；2.北京久安偉業(yè)科技有限公司，北京 100000；3.寧夏煤業(yè)紅石灣煤礦有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750409）

礦山動(dòng)力災(zāi)害作為礦井中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，是一種巖體中聚積的彈性變形勢(shì)能在一定條件下突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來(lái)的現(xiàn)象［1］。目前，隨著我國(guó)金屬礦山開采深度不斷增加，動(dòng)力災(zāi)害呈現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重的發(fā)展態(tài)勢(shì)，給礦井安全生產(chǎn)和職工的生命安全造成了極大威脅。礦山動(dòng)力災(zāi)害的微觀解釋為微震活動(dòng)規(guī)律異常導(dǎo)致應(yīng)力分布不均，進(jìn)而誘發(fā)的片幫、巖爆、塌方等災(zāi)害。因此，掌握礦山微震活動(dòng)規(guī)律對(duì)于控制動(dòng)力災(zāi)害，進(jìn)而達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的具有重要意義。

我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)礦山微震活動(dòng)問(wèn)題一直非常重視，不少學(xué)者針對(duì)微震的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了多方面研究。2004年，我國(guó)金屬礦山首套微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成并投入使用［2］；隨后，楊志國(guó)等［3］、唐禮忠等［4］先后將微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于冬瓜山銅礦。2014年，曹玲玲等［5］在已有的監(jiān)測(cè)技術(shù)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了基于ARM和FPGA的高精度礦山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于實(shí)際工程中。隨著微震監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷完善，監(jiān)測(cè)精度不斷提高，數(shù)據(jù)越來(lái)越復(fù)雜化，對(duì)微震信號(hào)處理方法要求也越來(lái)越高。朱權(quán)潔等［6］在前人研究成果的基礎(chǔ)之上，基于小波理論，探討、驗(yàn)證了礦山微震信號(hào)的分形特征，并確立了相關(guān)的無(wú)標(biāo)度區(qū)間及分形盒維數(shù)算法；該課題組［7］通過(guò)對(duì)處理后的微震事件進(jìn)行二次優(yōu)化，提高了微震定位精度；程浩等［8］在已有微震定位成果的基礎(chǔ)上，在分層閾值上增加分層自適應(yīng)因子，提出了一種新的分層自適應(yīng)閾值方法，進(jìn)一步提高了微震定位精度。微震信號(hào)的處理、分析和反饋結(jié)果對(duì)工程實(shí)踐具有重要意義，對(duì)此，鄭超等［9］基于已有的微震監(jiān)測(cè)資料，分析了礦山深部開挖條件下的圍巖裂隙損傷演化機(jī)制；楊天鴻等［10］利用微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)力場(chǎng)分析實(shí)現(xiàn)了礦山巖體強(qiáng)度參數(shù)動(dòng)態(tài)標(biāo)定；唐禮忠等［11］、黃維新等［12］將微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于冬瓜山礦區(qū)井下震動(dòng)監(jiān)測(cè)，分析了定位精度和系統(tǒng)靈敏度，實(shí)現(xiàn)了礦山安全管理。為了將微震監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果更好地服務(wù)于礦山動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警，張海明等［13］基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了巖爆危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)報(bào)、采場(chǎng)安全等級(jí)劃分、斷層突水預(yù)測(cè)；馮曉東等［14］根據(jù)微震監(jiān)測(cè)的前兆信息，對(duì)礦柱張性裂紋產(chǎn)生進(jìn)行了成功預(yù)警；Luo等［15］利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)建立了損傷巖體的多場(chǎng)耦合模型，并利用該模型對(duì)采場(chǎng)巖體失穩(wěn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

隨著科技的進(jìn)步，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸得到革新。早在20世紀(jì)50年代，第一代地震儀（模擬光點(diǎn)記錄地震儀器）被應(yīng)用于工程地質(zhì)勘探工作中；20世紀(jì)60年代初，模擬光點(diǎn)記錄地震儀器被模擬磁帶記錄地震儀取代；20世紀(jì)70年代初，科技發(fā)展進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，集中控制式數(shù)字磁帶地震儀器也隨之產(chǎn)生；20世紀(jì)70年代中期，遙測(cè)地震儀開始問(wèn)世，并廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中［16］。傳統(tǒng)的微震監(jiān)測(cè)技術(shù)和微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在一定程度上實(shí)現(xiàn)礦山微震活動(dòng)監(jiān)測(cè)，并得到有效的微震信號(hào)。然而，傳統(tǒng)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一方面監(jiān)測(cè)范圍有限，不能針對(duì)大范圍的區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，且無(wú)法適用于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域；另一方面，傳統(tǒng)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的信號(hào)處理和解釋，需要人工操作完成，導(dǎo)致分析結(jié)果受人為因素影響而產(chǎn)生誤差，且人工處理效率低，質(zhì)量差。KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)弊端，實(shí)現(xiàn)了大范圍、高精度、全自動(dòng)的技術(shù)革新。

本研究基于KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)山東某金礦19中段（-590 m）和20中段（-630 m）進(jìn)行了礦山微震實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了礦山動(dòng)力災(zāi)害的有效預(yù)測(cè)預(yù)警。

1 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)傳感器接收和采集由巖體破壞或者巖石破裂發(fā)射出的地震波信號(hào)，通過(guò)對(duì)地震波信號(hào)進(jìn)行處理分析，從而得到礦震發(fā)生的位置、震級(jí)大小、能量、地震矩等信息，并根據(jù)反饋信息實(shí)現(xiàn)礦山災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警［17］。

1.1 層析成像的全波自動(dòng)定位

KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于層析成像方法實(shí)現(xiàn)了全波自動(dòng)定位，提高了定位速度和精度。假設(shè)震源傳播速度為平均速度v，以球面波（縱波或橫波）的形式向外擴(kuò)散，則在以微地震震源為球心的球坐標(biāo)系(r,θ,?)中，各向同性均勻介質(zhì)中的地震波波場(chǎng)與緯度θ和經(jīng)度?無(wú)關(guān)。在球坐標(biāo)系時(shí)空域(r,t)中，描述微地震波傳播規(guī)律的標(biāo)量波動(dòng)方程及其通解為

式中，r為震源與檢波器之間的距離，m；t為地震波的旅行時(shí)；f(0,t)為在傳播距離為r=0處的地震波，即震源函數(shù)；f(r,t)為在傳播距離為r處的地震波。

根據(jù)層析成像理論及其自動(dòng)定位方法［18］，利用震源層析成像自動(dòng)定位的最大能量準(zhǔn)則定位判據(jù)，可以確定最大能量值對(duì)應(yīng)的慢度時(shí)間信號(hào)（稱為ps道信號(hào)），最大能量值A(chǔ)(ps,t)可以表示為

式中，xi,yi,zi分別表示第i個(gè)檢波器的三維坐標(biāo)；xs,ys,zs為第s個(gè)檢波器的三維坐標(biāo)。

分析式（1）、式（2）可得，ps道信號(hào)與震源函數(shù)之間的關(guān)系為

由于埋置于地下巖層中的檢波器數(shù)據(jù)量有限，且在空間上是離散分布的，因此式（3）的離散型表達(dá)式為

式中，ri為第i個(gè)檢波器與震源之間的距離，m；N為檢波器數(shù)量，為1～12。

綜合上述公式推導(dǎo)過(guò)程，可得震源函數(shù)的計(jì)算公式為

式中，α(r)為幾何擴(kuò)散能量補(bǔ)償因子。

1.2 微震輻射能量求取

假設(shè)在各向同性均勻無(wú)限彈性介質(zhì)中有一點(diǎn)從震源發(fā)出的球面波，并以震源為原點(diǎn)的球坐標(biāo)系表示。質(zhì)點(diǎn)沿著徑向方向震動(dòng)，并且在震動(dòng)過(guò)程中沿著徑向方向傳播，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)的位移函數(shù)為u(t-r/v)，則能流密度I與波的傳播方向一致，大小為［19］

式中，σr為質(zhì)點(diǎn)剪切應(yīng)力，可表示為

式中，u為剪切模量；λ為拉梅常數(shù)；θ為質(zhì)點(diǎn)傳播方向與水平方向的夾角，（°）。

令v2=(λ+2u)/ρ（ρ為介質(zhì)密度，v為地震波傳播速度），則：

于是，能流密度計(jì)算公式可表示為

令t'=t-r/v，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速率函數(shù)，于是，能流密度公式為

因此，微地震事件的震源有效輻射能量E可進(jìn)行如下計(jì)算：

式中，f(t')為震源震動(dòng)速度函數(shù)。

2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由檢波器、數(shù)據(jù)采集站、數(shù)據(jù)傳輸站、中央控制記錄系統(tǒng)和微震數(shù)據(jù)處理工作站組成，如圖1所示。該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于煤礦沖擊地壓、煤與瓦斯突出、底板突水、頂板潰水、掘進(jìn)與開挖、地質(zhì)異常體、采空區(qū)等的監(jiān)測(cè)和預(yù)警［20］；非煤礦山中的巖爆、邊坡、透水監(jiān)測(cè)和預(yù)警［13］；土木工程中的隧道地鐵開挖和運(yùn)營(yíng)、路塹、地下硐室、水電大壩、高速公路邊坡、高層建筑物等監(jiān)測(cè)和預(yù)警［21］；石油工程中的非常規(guī)油氣水壓致裂監(jiān)測(cè)、地下石油儲(chǔ)備庫(kù)監(jiān)測(cè)［22］；公共安全領(lǐng)域中的文物金庫(kù)防盜、邊防預(yù)警監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域［23］。

該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)在于：①具有32位A/D轉(zhuǎn)換的高動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào)程控增益放大功能，確保弱震和強(qiáng)震信號(hào)均能被接收到；②提供標(biāo)準(zhǔn)定位方法、精細(xì)定位方法和無(wú)需預(yù)設(shè)波速的人機(jī)交互可視化震源定位功能；③基于衛(wèi)星布陣平衡理論和層析成像技術(shù)，提高了微震事件的定位精度；④在信號(hào)去噪處理方面，采用了多頻段分級(jí)去噪，保證了有效信號(hào)得以保留和干擾信號(hào)得到濾除；⑤采集的微震信號(hào)質(zhì)量較傳統(tǒng)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有較大提升，主要體現(xiàn)在采集硬件（采集卡）的升級(jí)，保證了信號(hào)的高品質(zhì)；⑥能夠自動(dòng)計(jì)算和分析震源位置與采區(qū)、工作面之間的距離關(guān)系，并能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算結(jié)果的多維展示。

2.2 系統(tǒng)安裝

圖2為KJ549硬件設(shè)備組成及其安裝連接示意圖，地面部分主要由數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理兩部分構(gòu)成。井下傳輸分站通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)將礦山微震數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)，由中央控制記錄系統(tǒng)工控機(jī)儲(chǔ)存原始數(shù)據(jù)。若無(wú)地質(zhì)異?，F(xiàn)象，數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)于記錄系統(tǒng)工控機(jī)；一旦有地質(zhì)異?，F(xiàn)象，記錄系統(tǒng)工控機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)（或網(wǎng)線）將異常信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作站，并由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作站對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行處理、分析，提取數(shù)據(jù)特征，判斷潛在危險(xiǎn)性，并提出合理的避災(zāi)減災(zāi)措施。考慮到采集站通訊電纜接入口數(shù)量有限，KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最多可接入12個(gè)檢波器。

礦用本安型檢波器安裝如圖3所示，圖中顯示了檢波器、萬(wàn)向連接頭、錨桿、樹脂錨固劑、引線、鉆孔和墻體等組件。檢波器需確保垂直向上，與墻體平行安裝，為保證檢波器垂直安裝，錨桿與檢波器之間通過(guò)萬(wàn)向連接頭過(guò)度，萬(wàn)向連接頭可360°旋轉(zhuǎn)；錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，保證墻體外部留有15 cm以上長(zhǎng)度，以便固定檢波器；鉆孔內(nèi)部錨桿通過(guò)樹脂錨固劑與墻體固定，保證錨桿的錨固效果；檢波器引線需綁定編號(hào)標(biāo)簽，以便區(qū)分檢波器編號(hào)，保證后期震源定位準(zhǔn)確。礦用本安型檢波器安裝簡(jiǎn)單，便于攜帶，且監(jiān)測(cè)有效區(qū)域較大，單個(gè)檢波器監(jiān)測(cè)范圍達(dá)200～1 000 m，有效克服了傳統(tǒng)檢波器存在的技術(shù)弊端。

2.3 臺(tái)網(wǎng)建立

本研究監(jiān)測(cè)在-590 m和-630 m水平中段共建立了1個(gè)微震數(shù)據(jù)采集站、1個(gè)微震數(shù)據(jù)傳輸站和12個(gè)檢波器的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采集站和傳輸站布置于-630 m水平配電硐室，-590 m和-630 m兩個(gè)水平中段各布置6個(gè)檢波器。圖4中，采集站、傳輸站的具體布置位置為配電硐室，通過(guò)鐵架固定于墻體幫壁，設(shè)備技術(shù)特征和安裝流程符合《煤礦安全規(guī)程》［24］要求；接線盒用于連接檢波器引線和通訊電纜，形成完整通路，其余組件的安裝技術(shù)要求與上文所述的系統(tǒng)安裝要求一致。

圖5為-590 m水平和-630 m水平檢波器具體分布位置。-590 m水平中段檢波器編號(hào)為G1～G6，G1檢波器布置于-590 m水平34號(hào)線分巷，G2～G6檢波器沿-590 m水平運(yùn)輸大巷依次排列；-630 m水平中段檢波器編號(hào)為G7～G12，G7檢波器布置于-630 m水平34號(hào)線分巷。由于-630 m水平18號(hào)線穿脈砌墻封堵，無(wú)法通行，因此G8～G12檢波器沿-630 m水平運(yùn)輸大巷依次排列，G12檢波器布置于18號(hào)線穿脈。檢波器安裝技術(shù)要求為每?jī)蓚€(gè)檢波器相距200 m，但實(shí)際施工過(guò)程中受井下環(huán)境及地質(zhì)構(gòu)造影響，部分檢波器安裝位置有所改動(dòng)。12個(gè)檢波器構(gòu)成了立體式監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)待采區(qū)的全范圍、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2.4 信號(hào)處理流程

微震信號(hào)處理分析由微震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作站完成，主要包括系統(tǒng)準(zhǔn)備、微震數(shù)據(jù)載入、礦區(qū)CAD圖載入、微震時(shí)間序列分析和災(zāi)害預(yù)警等環(huán)節(jié)。其中，微震時(shí)間序列分析包括時(shí)間—能量、時(shí)間—頻次分析；災(zāi)害預(yù)警主要是通過(guò)輸出礦山巖石破裂圖和原巖應(yīng)力場(chǎng)云圖，根據(jù)圖形顯示結(jié)果對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行合理評(píng)估，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。具體流程如圖6所示。

3 工程實(shí)例

3.1 工程背景

山東某金礦現(xiàn)主要采用上向水平分層進(jìn)路充填采礦法，隨著礦山開采深度增加，地壓活動(dòng)有所顯現(xiàn)，采場(chǎng)局部范圍發(fā)生巖體冒落的可能性增加。為了及時(shí)掌握采場(chǎng)頂板的冒落規(guī)律，監(jiān)測(cè)和預(yù)警井下生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域地壓活動(dòng)，以便及時(shí)采取有效措施預(yù)防人員、設(shè)備損傷事故發(fā)生，建立了地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)該礦的地質(zhì)及開采條件，圍繞礦井深部主礦體，本研究在-590 m和-630 m水平中段建立了一套現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警的多通道地壓管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.2 微震數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析主要由微震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作站完成。記錄系統(tǒng)工控機(jī)連續(xù)顯示、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，一旦有異常信號(hào)，異常信號(hào)將由網(wǎng)線傳入微震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化處理分析。微震數(shù)據(jù)載入處理系統(tǒng)后，導(dǎo)入礦區(qū)CAD圖，通過(guò)微震空間分析直觀呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的微震事件空間分布位置，獲得震源的集中分布區(qū)域，如圖7所示。圖7中顯示了-590 m和-630 m兩個(gè)水平中段巷道平面布置、檢波器坐標(biāo)和微震事件空間分布情況（圓圈表示）。其中，微震事件定位點(diǎn)中的數(shù)字表示定位點(diǎn)產(chǎn)生的先后順序，圓圈形狀大小表示微震事件的能量大小，顏色表示震級(jí)大小，方塊表示檢波器。

由圖7可知：在2019-09-01—2019-09-21有效監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，去除由放炮、行車等采礦作業(yè)觸發(fā)的微震信號(hào)和其他干擾信號(hào)后，共監(jiān)測(cè)到614個(gè)有效微震事件；微震事件分布于整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，且有多個(gè)集中區(qū)域；本次監(jiān)測(cè)微震事件主要分布于-800～-500 m深度范圍內(nèi)，屬于有效的監(jiān)測(cè)范圍。

微震數(shù)據(jù)和礦區(qū)信息載入后開始對(duì)微震數(shù)據(jù)展開分析，通過(guò)震源時(shí)間序列分析可以得到震源隨時(shí)間的變化規(guī)律（在一定程度上反應(yīng)震源能量的變化規(guī)律），可以推斷發(fā)生前后微地震事件的顯現(xiàn)規(guī)律。本研究以時(shí)間為主線，從微震事件能量、微震頻次和應(yīng)力分布等多方面深入分析礦山微震的活動(dòng)規(guī)律。

為直觀分析有效監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)微震事件的能量變化特征，對(duì)能量值取對(duì)數(shù)（以10為底）后繪制了如圖8所示的時(shí)間—能量直方圖。由圖8可知，微震能量對(duì)數(shù)值整體位于0～5范圍內(nèi)，2019-09-02為最大值，能量值達(dá)到6，最小能量值為-0.2（2019-09-19），整體能量變化波動(dòng)較小，表明采場(chǎng)活動(dòng)無(wú)較大變動(dòng)，每日現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)基本保持一致。圖中顯示每日微震能量的變化趨勢(shì)均為先增大，后減小，最后有一段時(shí)間幾乎為0。這是由于礦山作業(yè)制度為“三八制”，早班采場(chǎng)作業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度大，包括采礦、爆破、拉底、掘進(jìn)和行車運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)活動(dòng)，微震能量變化進(jìn)入“高峰期”；中班無(wú)復(fù)雜作業(yè)活動(dòng)，主要包括采礦、掘進(jìn)和行車運(yùn)輸?shù)?，微震能量變化進(jìn)入“低峰期”；晚班主要為作業(yè)檢修班，該時(shí)段無(wú)作業(yè)活動(dòng)，微震能量變化進(jìn)入“平靜期”。由此可見：微震能量的變化趨勢(shì)與礦山作業(yè)活動(dòng)密切相關(guān)，作業(yè)形式和作業(yè)地點(diǎn)直接影響了微震能量的分布范圍和變化趨勢(shì)。

圖9為微震時(shí)間—頻次分布直方圖，圖中顯示了震動(dòng)次數(shù)隨時(shí)間的變化特征。由圖9可知：監(jiān)測(cè)期內(nèi)，每日震動(dòng)次數(shù)整體維持在0～20，有部分日期超過(guò)20，2019-09-02達(dá)到最大值，震動(dòng)次數(shù)為37，最小震動(dòng)次數(shù)為4（2019-09-14）。整體震動(dòng)次數(shù)變化波動(dòng)較大，月初震動(dòng)次數(shù)突增突降交替變化，月中震動(dòng)次數(shù)變化波動(dòng)相對(duì)平緩，月末震動(dòng)次數(shù)基本保持不變，平穩(wěn)變化。由此可見：震動(dòng)次數(shù)的變化與采礦作業(yè)的深入推進(jìn)有直接關(guān)系，月初作業(yè)頻繁，震動(dòng)次數(shù)波動(dòng)較大，隨著時(shí)間推移，作業(yè)活動(dòng)逐漸減少，震動(dòng)次數(shù)也逐漸趨于穩(wěn)定。

本研究微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)分析過(guò)程由中央控制記錄系統(tǒng)工控機(jī)和微震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作站自動(dòng)完成，無(wú)需人為參與計(jì)算，用戶只需根據(jù)實(shí)際情況和個(gè)人需求按系統(tǒng)操作流程逐步進(jìn)行即可。

3.3 微震活動(dòng)特征展示

基于微震事件處理、分析結(jié)果，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以繪制巖石破裂圖和應(yīng)力場(chǎng)分布云圖，從多方面展示微震活動(dòng)特征，進(jìn)一步確定微震事件空間分布特征和微震事件集中區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警提供可靠依據(jù)。

圖10為巖石破裂分布圖，破裂圖能直觀地體現(xiàn)高危險(xiǎn)潛伏區(qū)和危險(xiǎn)程度。由圖10可知：破裂分布于整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，10號(hào)線穿脈及以下和運(yùn)輸大巷34號(hào)線西穿脈及以上較為集中，因此，這兩個(gè)區(qū)域危險(xiǎn)程度最高，應(yīng)作為重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域，其他區(qū)域也應(yīng)引起足夠重視。

圖11為原巖應(yīng)力場(chǎng)分布云圖。由圖11可知：應(yīng)力場(chǎng)分布主要集中于4個(gè)區(qū)域，分別為10號(hào)線穿脈及以下到14號(hào)線穿脈、16號(hào)線西穿脈到34號(hào)線西穿脈及以上、運(yùn)輸大巷28號(hào)線穿脈到34號(hào)線穿脈和34號(hào)線穿脈西側(cè)以下區(qū)域。應(yīng)力場(chǎng)集中區(qū)域反映了該區(qū)域礦山作業(yè)活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致區(qū)域范圍內(nèi)微震活動(dòng)劇烈，應(yīng)力分布集中，巖體破壞變形嚴(yán)重，礦山動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生概率較高。應(yīng)力場(chǎng)分布集中區(qū)域與微震事件集中區(qū)域、破裂分布集中區(qū)域基本吻合，均反映了高危險(xiǎn)潛伏區(qū)域。針對(duì)高危險(xiǎn)潛伏區(qū)域應(yīng)加大管理力度，采取相應(yīng)的治理措施，避免災(zāi)害發(fā)生。

3.4 微震活動(dòng)規(guī)律解釋

根據(jù)礦方提供的礦山作業(yè)活動(dòng)區(qū)域和活動(dòng)時(shí)間（圖12）可知，在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)有采礦、爆破、拉底、行車運(yùn)輸?shù)鹊V山作業(yè)活動(dòng)。由微震事件分布平面圖（圖13）可直觀地體現(xiàn)多個(gè)微震事件集中區(qū)域。結(jié)合圖12和圖13可以對(duì)微震事件活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行合理解釋：①微震事件集中區(qū)域1位于10號(hào)線穿脈及以下到14號(hào)線穿脈之間，該區(qū)域在監(jiān)測(cè)期內(nèi)為采礦區(qū)，受采礦作業(yè)影響，該區(qū)域有較多的微震事件；②微震事件集中區(qū)域2位于24號(hào)線穿脈到30號(hào)線穿脈之間，該區(qū)域?qū)?yīng)圖12中2019-08-03—2019-08-29采礦區(qū)域和行車運(yùn)輸區(qū)域，同樣受采礦作業(yè)和行車運(yùn)輸影響，該區(qū)域微震事件較集中；③微震事件集中區(qū)域3位于32號(hào)線到34號(hào)線及以上之間，該區(qū)域有多種礦山作業(yè)活動(dòng)，包括采掘爆破、拉底、采礦和行車運(yùn)輸，因此，該區(qū)域同樣有較多的微震事件產(chǎn)生；④微震事件集中區(qū)域4位于19號(hào)中段34號(hào)線3號(hào)和4號(hào)礦石溜井周圍，該區(qū)域受放礦、行車等作業(yè)活動(dòng)的影響，形成微震事件集中區(qū)域。

3.5 災(zāi)害預(yù)警

基于微震數(shù)據(jù)分析結(jié)果、微震活動(dòng)特征展示和微震活動(dòng)解釋結(jié)果，確定了該金礦的高危險(xiǎn)潛伏區(qū)域和礦山作業(yè)活動(dòng)與微震活動(dòng)規(guī)律的直接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了礦山動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)警，并提出了合理的應(yīng)對(duì)措施。該礦10號(hào)線西穿脈到34號(hào)線西穿脈范圍內(nèi)有4個(gè)高危險(xiǎn)潛在區(qū)域，這些區(qū)域應(yīng)作為重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，投入大量的人力物力，避免事故發(fā)生。礦山技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)-590 m和-630 m中段之間微震事件集中區(qū)域、破裂嚴(yán)重區(qū)域、應(yīng)力場(chǎng)集中區(qū)域、變形較大區(qū)域等潛在危險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡查，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，嚴(yán)格遵守安全作業(yè)規(guī)程，提高安全意識(shí)，若發(fā)現(xiàn)巖體變形、片幫等異常現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)等措施。

4 結(jié) 論

（1）KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有良好的定位功能，精度高、功耗低、調(diào)試簡(jiǎn)單；具有快速傳輸和計(jì)算功能，各路信號(hào)具備實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)、動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示完全波形的功能；能夠完整保存采集和分析數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)、圖像的顯示和輸出功能；此外，該系統(tǒng)安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單。

（2）以山東某金礦為研究對(duì)象，進(jìn)行了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝、優(yōu)化設(shè)計(jì)、應(yīng)用研究，認(rèn)為KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能有效應(yīng)用于金屬礦山地壓活動(dòng)監(jiān)測(cè)，其各組件技術(shù)特征可達(dá)到預(yù)定的監(jiān)測(cè)精度要求，為該礦井建立了有效的地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。確定了該礦10號(hào)線西穿脈到34號(hào)線西穿脈范圍內(nèi)有4個(gè)高危險(xiǎn)潛在區(qū)域，這些區(qū)域應(yīng)作為重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。

（3）根據(jù)本研究地壓監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，礦山技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)-590 m和-630 m中段之間采場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)巡查；重點(diǎn)注意爆破之后應(yīng)力重新分布過(guò)程中爆破區(qū)域內(nèi)巖體的穩(wěn)定性，及時(shí)清理采場(chǎng)頂板浮石，保障作業(yè)安全；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，嚴(yán)格遵守安全作業(yè)規(guī)程，提高安全意識(shí)，若發(fā)現(xiàn)巖體變形、片幫等異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)等措施。

（4）隨著礦山開采深度日愈增加，地壓活動(dòng)規(guī)律愈加復(fù)雜化，對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求也越來(lái)越高。對(duì)KJ549微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、不同開采區(qū)域，對(duì)于確保礦井安全生產(chǎn)將會(huì)發(fā)揮更大的作用。