數(shù)字化礦震監(jiān)測在大同煤礦地質(zhì)災害防治中的應用

李蘭亭

大同煤炭職業(yè)技術學院，山西大同 037003

1 概況

大同煤田，因多年開采形成大面積的采空區(qū)，經(jīng)常有煤礦塌陷事件發(fā)生，忻州窯礦沖擊地壓問題十分嚴重已影響到采煤安全，我們在大同煤礦口泉溝一帶建立了一個數(shù)字化測震網(wǎng)絡，監(jiān)測大同煤田的礦震，通過監(jiān)測巖體破裂產(chǎn)生的振動波定位巖體的破裂位置、時間和強度,研究礦震形成機制，提供破壞性礦震速報和災害預警意見。

該系統(tǒng)由監(jiān)測與數(shù)字采集，實時定位顯示，分析預測系統(tǒng)組成。對監(jiān)測到的礦震記錄進行數(shù)據(jù)分析，對比研究礦震的活動性規(guī)律和相關物理變化。

礦震監(jiān)測系統(tǒng)采用國家地震局北京港震機電技術有限公司的EDAS-24IP 地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前屬國內(nèi)同行業(yè)最先進技術。儀器主要特點：24 位A/D 轉換，標準LAN 以太網(wǎng)通訊，支持連續(xù)數(shù)據(jù)記錄和觸發(fā)記錄，大容量USB 硬盤記錄器，動態(tài)范圍＞130dB（采樣率為50Hz時），支持TCP/IP 協(xié)議，支持基于網(wǎng)絡協(xié)議的實時數(shù)據(jù)傳輸。記錄的地震波方法分辨率高，信息量大，響應速度快可提高指揮系統(tǒng)的災害預測預警能力和快速響應能力。

2 礦震監(jiān)測網(wǎng)絡能達到的功能

1）分析有感震動的類型，是自然地震還是礦震，以及震動的時間和強度；

2）通過測震資料的初步分析，提出震動的趨勢意見；

3）確立震動位置和震動范圍，為急時救援提供信息，但礦震預測是個世界難題，需要在長年的監(jiān)測過程中找到本區(qū)礦震的形成機制以及發(fā)生規(guī)律。

3 監(jiān)測系統(tǒng)的建立以及軟件分析

2006年我們在大同煤礦集團公司地震辦建立了中心臺網(wǎng)，在煤峪口礦建立了一個子臺，通過光纜、局域網(wǎng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸。記錄到的整小時文件，事件文件實行了人機交互地震數(shù)據(jù)的分析處理。EDSP-IAS 交互分析處理軟件的功能都已實現(xiàn)。交互分析地震震相、地震數(shù)據(jù)復核、震相數(shù)據(jù)修改都已正常開展。利用分析得到的震相數(shù)據(jù)采用多種地震定位方法計算震中位置參數(shù)，用圖形方式，配合背景地圖顯示震中位置。

實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)EDSP-RTP 軟件是為數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)設計的專用處理軟件，在臺網(wǎng)中心完成實時數(shù)據(jù)接收、存儲、事件檢測和自動處理任務。

監(jiān)控系統(tǒng)EDSP-MON 是從數(shù)據(jù)交換服務器接收、存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)、通過圖形界面實時顯示地震臺站狀態(tài)、臺網(wǎng)中心與其它臺網(wǎng)通信狀態(tài)、內(nèi)部系統(tǒng)運行狀態(tài)等監(jiān)控信息，此系統(tǒng)已正常運轉。

監(jiān)測系統(tǒng)的初級建設工程已完成，經(jīng)過資料的分析認為對煤峪口礦、忻州窯礦發(fā)生的礦震都有準確的定位，在煤峪口礦產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟社會效益。至于礦震的預測還需要大量的資料積累、分析判斷，找出礦震的形成機理和發(fā)展規(guī)律性。

從定位結果可以看出開采區(qū)域與礦震發(fā)生區(qū)域的相關性，證明了礦震是在一定的構造背景和應力環(huán)境下，開采卸載誘發(fā)的結果。礦震監(jiān)測定位的結果，結束了關于礦震與開采是否有關爭論，促進了采礦系統(tǒng)對沖擊地壓的防治。

4 通過資料分析對構造地震的成因認識

通過礦震資料分析，對構造地震的成因提供了重要啟示。最新理論認為，地震成因與地下流體作用有關。 在礦山-500m 以下深度，甲烷壓力大于4.63MPa時處于超臨界狀態(tài)，而水在-5km以下孔隙壓力大于22MPa，處于超臨界狀態(tài)，瓦斯溢出與礦震的相關性，證明了流體在礦震成因中的作用，表明超臨界瓦斯與二者的行為有若干相似之處。應力集中部位超臨界流體的應力腐蝕與相變時孔隙壓力的突變可能是地震破裂起始和能量釋放的主要因素。國際上礦震研究最重要的進展, 是證實了礦山地震和天然地震機制的相似性：1）都具有雙力偶源的成分；2）地震矩和應力降的關系相似，都滿足Kanamori 提出的尺度不變性。這兩個相似性，加上礦震震源的可見性，是礦山成為國際上天然地震研究的中尺度實驗場的重要依據(jù)。我們認為，礦震成因中甲烷（可能還包括二氧化碳）流體的作用與十幾公里深部水同屬超臨界狀態(tài)，因而解吸作用相似，對于地震的發(fā)生都起到了觸發(fā)和釋放應變能的作用。這個觀點如果得到證實，則將證明礦震與天然地震存在第三相似性，即流體作用物理機制的相似性。

5 實例結果

礦震監(jiān)測系統(tǒng)在煤峪口礦監(jiān)測到的煤礦塌陷定位結果如下：

6 結論

數(shù)字化礦震監(jiān)測系統(tǒng)是礦山地質(zhì)災害綜合監(jiān)測預警系統(tǒng)的雛形，礦震監(jiān)測系統(tǒng)通過綜合分析判斷，能給出核心災害的性質(zhì)并提出預警。首先能快速給出災害發(fā)生的三要素，時間、地點、強度并向現(xiàn)場指揮調(diào)度人員指出預警程度和應采取的相應措施，此監(jiān)測系統(tǒng)的應用對煤礦安全生產(chǎn)有巨大的經(jīng)濟和社會效益。