煤礦安全監(jiān)測中微地震技術(shù)的應(yīng)用

何玥

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122）

我國煤礦發(fā)掘的層面逐漸開始深層化，礦層的高應(yīng)力以及瓦斯的強滲入度，令礦層開采中深層化的安全隱患逐漸加大，沖擊地壓、煤與瓦斯突出兩大動力危機(jī)使得煤礦事件頻出，且有著時時提升的態(tài)勢。在此礦層開采安全局面下，運用充分的檢測預(yù)警辦法為礦層安全隱患供應(yīng)牢固的保護(hù)措施需要立即行動。地理物質(zhì)檢測手段使用在礦層安全檢測范疇，這個手段有著無觸碰、非損壞、先進(jìn)、便捷、簡約以及低成本等別的手段沒有辦法與之相比的明顯強項，應(yīng)用各類物質(zhì)變量以及物理場發(fā)掘處理礦層安全隱患，有著寬泛的未來前景。在這之中，微地震檢測手段發(fā)展迅猛，是我國近年來礦層安全事件預(yù)警的關(guān)鍵手段。

微地震(MIC）情況在1930年后期由國外的一名叫杜瓦爾的學(xué)者提出，一般解釋為挖掘進(jìn)程中由于應(yīng)力場波動產(chǎn)生的巖層損壞最終導(dǎo)致地展現(xiàn)象出現(xiàn)，也就是說，微地震帶來了礦層周圍的巖石損壞裂開，利用處理微地震訊息能夠準(zhǔn)確找到巖層破裂的地方、特征以及裂開狀態(tài)。微地震檢測手段是描摹地底出現(xiàn)的微地震以及裂開情況、應(yīng)力狀況以及壓力散布等展開甄別的手段，地震在國內(nèi)散布領(lǐng)域較為寬泛，級別越低其出現(xiàn)次數(shù)就會越多，特別是-2級之下級別的情況在地底尤為廣泛，微地震如果出現(xiàn)就會對開采部門的安全問題帶來較大的威脅。礦層產(chǎn)出進(jìn)程中特別容易出現(xiàn)微地震，而我們可以檢測到的此類地震并不屬于人為導(dǎo)致的，所以，微地震檢測手段在現(xiàn)實使用中也可以叫作無源微地震檢測手段，我國大都應(yīng)用地面探測手段對礦層安全問題展開探測，同時，微地震手段持續(xù)提高，現(xiàn)已被應(yīng)用到可容性礦層挖掘、礦層問題預(yù)警等范疇，對解決煤礦部門的安全問題及產(chǎn)出效率起到了一定的現(xiàn)實作用。

1 微地震方法的基本原理

當(dāng)代礦層在安全產(chǎn)出進(jìn)程里，需要微地震手段擁有自主安全檢測體系，變革一般的依賴人工檢測、預(yù)判預(yù)報等探測手段，國外研發(fā)出了可以在三維系統(tǒng)里檢測、辨別巖層開裂的微地震探測體系，這對加強礦層挖掘安全檢測活動的效率和品質(zhì)起著關(guān)鍵作用，同時，也能夠在一定程度上下調(diào)檢測成員的作業(yè)強度，對推動礦層挖掘在新時代行業(yè)中的正向循環(huán)起著關(guān)鍵作用。大多物質(zhì)在負(fù)擔(dān)荷載時會出現(xiàn)聲發(fā)射情況，此類聲發(fā)射反射情況可以解釋為物質(zhì)在外界應(yīng)力的驅(qū)動下，把物質(zhì)里面出現(xiàn)的部分彈塑性質(zhì)聚集的情況，當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部聚集到一個規(guī)定的值域后，就會出現(xiàn)物質(zhì)微裂縫的情況以及其出現(xiàn)延展，微裂縫的出現(xiàn)以及延展進(jìn)程中會隨之出現(xiàn)應(yīng)力波的傳遞，這就是造成物質(zhì)在現(xiàn)實上出現(xiàn)的聲反射情況。相比較大面積的巖層出現(xiàn)的聲反射情況，在地質(zhì)學(xué)里把此類現(xiàn)象解釋為微地震，且在四周巖層迅速解放以及傳遞，在通常情況下，微地震所導(dǎo)致的信息強度不高。人耳是不可以感知到此類訊息的，但能夠憑借精準(zhǔn)的電子儀表來對微地震展開探測。礦層挖掘企業(yè)在產(chǎn)出進(jìn)程中的巖層錯位會導(dǎo)致較弱的地展，而其中顆粒層面的活動，裂縫的出現(xiàn)以及傳遞等都會造成它釋放較大面積的微地震，只有對微地震實施精準(zhǔn)、充分的探測，才可以保障礦層企業(yè)的順利產(chǎn)出及加強其整個活動的效率。其基本原理是礦層在開裂和破損的整體進(jìn)程中幾乎都是伴著一定的縫隙產(chǎn)出的，延展凝聚的能量環(huán)節(jié)用應(yīng)力波進(jìn)行釋放，出現(xiàn)了微地震情況。因為微地震訊息涵蓋了有關(guān)巖層受力裂開破損的訊息，利用探測解析微地震情況能夠反饋巖層的破損開裂狀態(tài)。微地震手段以及自然地震確認(rèn)手段類似，按照系統(tǒng)對地震出現(xiàn)時的檢測信息，來定位震源的位置以及相關(guān)產(chǎn)生時間。微地震技術(shù)基本原理示意圖如圖1。

圖1 微地震技術(shù)基本原理示意圖

為了規(guī)定微地震手段在現(xiàn)實使用中的有效性，對微地震探測實施了一項檢測，微地震情況的檢測，大多是利用先進(jìn)的探測儀器，檢測儀器是由三個三分量檢波器構(gòu)成，檢測儀器是這項檢測進(jìn)程中的重點部分。最終檢測結(jié)果顯示，微地震手段在現(xiàn)實檢測中能夠充分定位礦層產(chǎn)出中斷裂層及垮塌層的精準(zhǔn)坐標(biāo)，且能夠充分展示出挖掘作業(yè)面周期、斷裂層以及垮塌層的相關(guān)角度、應(yīng)力場的散布方式等，同時，在應(yīng)用微地震手段在對礦層產(chǎn)出展開探測進(jìn)程中，它有著耗資低、成本少、精準(zhǔn)度強等特征，因此，它在礦層挖掘行業(yè)中擁有較為寬泛的使用前景。檢測結(jié)果還表示不一樣的礦層、不一樣地理特征、不一樣的挖掘手段所造成的微地震情況有著較大的區(qū)別，因此，在應(yīng)用進(jìn)程中，要按照相關(guān)特征對礦層展開區(qū)分，不要所有礦層在挖掘進(jìn)程中都按照一樣的步驟。

2 微地震技術(shù)用于沖擊礦壓預(yù)測

沖擊地壓可以解釋為在特定的地應(yīng)力情況下，礦層以及挖掘作業(yè)面周圍的巖層由于彈性能的出現(xiàn)而導(dǎo)致開裂破損的礦層動力狀態(tài)。通常有著較大的回響、巖層被拋向挖掘空間以及出現(xiàn)氣浪等狀況，是一種危害性較大的微地震。通常來說，沖擊地壓出現(xiàn)之前會在應(yīng)力反應(yīng)下出現(xiàn)很多程度較小的微地震，期間存在伴生。微地震訊息可用來評估沖擊地壓出現(xiàn)的關(guān)鍵憑據(jù)。國外有研究表明，澳大利亞的一個長璧作業(yè)面預(yù)板陷落出現(xiàn)了礦震訊息位移、應(yīng)力反應(yīng)可以體現(xiàn)頂板陷落的經(jīng)過，探究了頂板陷落時的微地震預(yù)警訊息，還有探究了礦層沖擊地壓預(yù)警的微地震情況，解析了礦層頂板陷落的多個礦震情況，其出現(xiàn)的微地震會隨著挖掘次數(shù)持續(xù)提高，而當(dāng)頂板巖層斷裂之前微地震的反饋會突然降低。

國內(nèi)姜福興等學(xué)者通過微地震位置探測手段精準(zhǔn)找出了礦層上頂板裂開坐標(biāo)和斷裂情況，在系統(tǒng)上反應(yīng)了頂板、底板、礦層的裂開狀態(tài)以及應(yīng)力場散布的關(guān)聯(lián)；成云海等學(xué)者應(yīng)用微地震探測手段，對華豐礦區(qū)挖掘作業(yè)面的巖層活動開展了巖層三維系統(tǒng)的開裂成像，得出了三面采空孤島作業(yè)面老頂上方呈現(xiàn)C型的巖層構(gòu)架。趙毅鑫等學(xué)者對忻州窯8935作業(yè)面微地震情況的散布狀態(tài)展開了研究，作業(yè)面沖擊礦壓是礦層頂板斷裂誘發(fā)礦層面積凝聚能量進(jìn)而瞬間釋放導(dǎo)致。沖擊地壓出現(xiàn)前存在一段“缺震”時期，也就是釋放之前的微地震狀態(tài)在次數(shù)以及能量上都存在一定的減弱。

3 微地震技術(shù)用于煤與瓦斯突出事故的預(yù)測

煤和瓦斯突出屬于礦層動力情況，在壓力情況下斷裂的煤層和瓦斯由礦層內(nèi)瞬間向挖掘?qū)用娲竺娣e釋放，并在礦層中產(chǎn)生一種特異形態(tài)的空洞，釋放出的粉狀煤層被瓦斯氣流帶動，產(chǎn)生成員傷亡，損壞巷道以及儀器設(shè)備，大部分的煤粉被釋放并導(dǎo)致了爆炸,破壞力強大,進(jìn)而釋放有害氣體,導(dǎo)致成員中毒身亡。

煤層與瓦斯突出使煤層中的能量爆發(fā),通過彈性波的狀態(tài)向開采面擴(kuò)展，而微地震手段能夠提前預(yù)警煤層的受力情況,且對應(yīng)力凝聚的源頭展開尋找，能夠提供預(yù)警煤與瓦斯突出的重要貢獻(xiàn)。

國內(nèi)外對微地震預(yù)警煤與瓦斯突出的檢測以及實驗也逐漸增強。20世紀(jì)40年代，美國礦業(yè)局利用可聽頻率地震源的微地震檢測手段預(yù)警礦層的巖層突出。俄羅斯學(xué)者利用探究地震聲學(xué)脈沖的概率統(tǒng)計頻率以及動力情況的聯(lián)系，提出了地震聲學(xué)預(yù)警辦法的預(yù)判標(biāo)準(zhǔn)。楊國強等學(xué)者組建了基于微地震檢測手段的煤與瓦斯突出預(yù)警體系，對檢測訊息展開了解析和處置。利用微地震手段預(yù)警煤與瓦斯突出的探究，從理論上解析了煤層損壞造成的震動波能夠利用儀器展開接收，且分辨是否出現(xiàn)了煤與瓦斯突出。劉輝等學(xué)者現(xiàn)場勘測了海孜礦區(qū)巨厚火成巖層狀況下煤與瓦斯突出的微地震預(yù)警，解析了煤與瓦斯突出的主要因素，提出有關(guān)的煤與瓦斯突出的預(yù)警規(guī)范，地震能量、次數(shù)、活動程度及斷裂層的面積。煤與瓦斯突出出現(xiàn)在次數(shù)以及能量程度急劇提升后、微地震活動程度提升后及斷層面積增加值巨變后，利用綜合比較解析各類數(shù)據(jù)，能夠更加充分地預(yù)警煤與瓦斯突出。

4 結(jié)語

根據(jù)近年來深層化煤礦挖掘進(jìn)程中沖擊地壓和煤與瓦斯突出等重要危機(jī)事件頻頻出現(xiàn)的嚴(yán)重情勢，微地震手段已經(jīng)演變?yōu)榈V層深層化挖掘安全探測的關(guān)鍵技術(shù)。從微地震手段的基本原理研究，得出了此項手段在沖擊地壓以及煤與瓦斯突出兩個環(huán)節(jié)的預(yù)警探究實例，其中，表示此手段在煤礦層挖掘行業(yè)應(yīng)用的有效性。我國當(dāng)前有關(guān)微地震的探究還尚未成熟,仍舊需要學(xué)者傾力于此行業(yè)技術(shù)手段的探索。