微地震監(jiān)測系統(tǒng)在沖擊地壓預(yù)測預(yù)報中的應(yīng)用

　　摘要：微地震是一種小型的地震，在地下礦井深部開采過程中不可避免的發(fā)生巖石破裂和地震活動。沖擊地壓是采礦誘發(fā)的礦井地震，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。微地震監(jiān)測技術(shù)是一種新的地球物理探測技術(shù)，利用微地震監(jiān)測系統(tǒng)是預(yù)測預(yù)報沖擊地壓的有效手段，分析微地震事件的分區(qū)性，指出應(yīng)力積聚區(qū)域及沖擊地壓危險區(qū)域，成功預(yù)測了該工作面的沖擊地壓。
　　關(guān)鍵詞：微地震　監(jiān)測手段　沖擊地壓　預(yù)測預(yù)報
　　中圖分類號：TD324　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　文章編號：1672-3791(201 2)01(b)-0216-01
　　沖擊地壓，也稱巖爆，它是在一定條件下一種巖體中聚積的彈性變形勢能突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。沖擊地壓首次在英國南斯塔福煤田發(fā)生，所有采煤國家也都陸續(xù)出現(xiàn)沖擊地壓。發(fā)生沖擊地壓的條件是巖體中有較高的地應(yīng)力，巖石具有較高的脆性度和彈性，并且地應(yīng)力超過了巖石本身的強(qiáng)度。沖擊地壓具有突然性、瞬時震動性和破壞性，采煤井下生產(chǎn)安全和作業(yè)人員的生命安全受到嚴(yán)重威脅，現(xiàn)在已成為世界范圍內(nèi)礦井中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，對沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測的傳統(tǒng)方法主要有采用微地震監(jiān)測法，下面就談?wù)勛约簩ξ⒌卣鸨O(jiān)測系統(tǒng)對沖擊地壓預(yù)測預(yù)報的膚淺看法。
　　1　微地震監(jiān)測技術(shù)
　　以聲發(fā)射學(xué)和地震學(xué)為基礎(chǔ)的微地震監(jiān)測系統(tǒng)，該方法集采礦學(xué)、地震學(xué)、信號采集與處理、信號傳輸?shù)榷鄬W(xué)科知識干一體，是研究沖擊地壓、水害治理、煤與瓦斯突出等礦山災(zāi)害的有效手段。通過觀測分析礦井生產(chǎn)活動中所產(chǎn)生的微小地震事件來監(jiān)測生產(chǎn)活動的影響效果及地下狀態(tài)的地球物理技術(shù)。地球物理學(xué)技術(shù)為研究小范圍內(nèi)信號微弱的微地震事件提供了技術(shù)支持。
　　2　微地震系統(tǒng)監(jiān)測原理
　　當(dāng)?shù)叵聨r石由于人為因素或應(yīng)力作用下發(fā)生破裂、移動時，產(chǎn)生微地震和強(qiáng)大的聲波向周圍傳播。在地下巖土中布置微地震傳感器，實現(xiàn)微震數(shù)據(jù)的自動化采集、傳輸和處理，利用定位原理確定巖石破壞發(fā)生的位置，且在三維空間上顯示出來，記錄這些微地震波的到達(dá)時間、傳播方向等信息，利用恰當(dāng)?shù)挠嬎惴椒梢源_定巖石破裂點，即震源的位置。(如圖1所示)微地震監(jiān)測技術(shù)能夠根據(jù)震源分析地震破裂尺度和性質(zhì)。
　　
　　2.1　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)的功能
　　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)是波蘭礦山研究總院采礦地震研究所設(shè)計制造的新一代微震監(jiān)測儀，能夠即時、連續(xù)、自動采集礦山巖體震動信號，自動生成震動信號圖，進(jìn)行記錄并進(jìn)行濾波處理，自動保存；定期打包保存震動記錄信息。將震源位置和能量顯示在礦圖上，礦圖能夠放大和平移方便觀察震動源點，并可以文件的方式打印出來，自動檢測設(shè)備工作狀態(tài)。
　　2.2　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)的特點
　　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、安全可靠。系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)，可由16通道擴(kuò)展為32通道，檢波haRxQeR3Eqa6OoHgSH++1Xcp00jk6olmdXSWRH6yM+k=探頭敏感度高，抗干擾能力強(qiáng)，記錄的信號準(zhǔn)確；軟件操作簡單，波形分析功能強(qiáng)大，可視化能力強(qiáng)，多種礦震定位方法，礦震能量計算準(zhǔn)確。
　　2.3　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點
　　(1)及時監(jiān)測，利用礦井微震監(jiān)測計算機(jī)處理系統(tǒng)和軟件，使得礦震事件在礦圖上自動顯示震源位置，并標(biāo)注出震源的坐標(biāo)和能量大小，及時確定微地震位置。(2)連續(xù)監(jiān)測，可實現(xiàn)長時間連續(xù)監(jiān)測，自動生成震動信號圖。(3)三維監(jiān)測，可在觀測范圍內(nèi)進(jìn)行三維空間定位，震動圖形自動保存。
　　3　沖擊地壓預(yù)測預(yù)報
　　沖擊地壓是礦區(qū)內(nèi)在區(qū)域應(yīng)力場和采礦活動作用影響下，巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應(yīng)變能的突然釋放，是一種巖石破裂過程失穩(wěn)現(xiàn)象。礦震較強(qiáng)烈時，地面都能感覺到巖體的劇烈震動，甚至引起地面建筑物遭到破壞。簡單地說，礦區(qū)開采人為地改變了原本穩(wěn)定的地殼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地殼不均引發(fā)地震。沖擊地壓一般沒有明顯的預(yù)兆，難于事先確定發(fā)生的時間、地點和沖擊強(qiáng)度；發(fā)生過程短暫，伴隨巨大聲響和強(qiáng)烈震動，發(fā)生礦震，瓦斯有可能會突然大量涌出，造成更大的災(zāi)害。所以，預(yù)防礦震迫在眉睫。只有采用SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)防患于未然，用科學(xué)的方法監(jiān)測礦震，能夠減少礦震引發(fā)沖擊地壓災(zāi)害。
　　3.1　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)的布置
　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：在采煤面不斷推進(jìn)過程中，其周圍巖層的微地震活動表現(xiàn)出一種規(guī)律化的模式，在采礦過程中，巖層周圍的地質(zhì)缺陷及其部分?jǐn)鄬右矔艿讲蓜拥挠绊懚患せ?，隨之產(chǎn)生相應(yīng)的構(gòu)性的運動，這種結(jié)構(gòu)性的運動會影響到整體采礦響應(yīng)，導(dǎo)致在遠(yuǎn)離工作面幾百米的地方也會出現(xiàn)微地震活動。所以，在煤礦微地震監(jiān)測系統(tǒng)井下一般布設(shè)多個分站，全部布置在受開采影響區(qū)域外的巷道、硐室中。
　　井下檢波測量探頭不低于8個(由礦震、磁變電信號轉(zhuǎn)換處理、信號放大增益、發(fā)射等部分組成)，由地上對其供電，并將信號通過電纜傳到地面。井上安裝信號采集站、信號記錄器及中心計算機(jī)等。井下安裝的DLM 2001檢波測量探頭、地面安裝的DLM-SO信號采集站和AS-1信號記錄器等組成，他們相互配合形成一個整體進(jìn)行工作。開發(fā)的軟件能根據(jù)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析出震源的具體位置和能量，并準(zhǔn)確分析沖擊地壓可能發(fā)生的具體位置。
　　3.2　SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)對微地震的預(yù)測預(yù)報
　　微地震事件的實質(zhì)是一個圍巖應(yīng)力、應(yīng)變、破裂、失穩(wěn)及移動等一系列動態(tài)演變過程的一種表現(xiàn)形式，由于SOS微地震監(jiān)測可在3D空間全方位地描述巖層的變化，因而有著超越傳統(tǒng)方法的獨特優(yōu)勢。系統(tǒng)采用1 Hz~600Hz帶嵌入式信號傳輸模塊的震動速度型礦震監(jiān)測拾震器，進(jìn)行雙向控制傳輸?？蓪崿F(xiàn)拾震器工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)試。實現(xiàn)監(jiān)測信息的數(shù)字化收集、傳輸、整理，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確。儀器為區(qū)域性監(jiān)測方法，監(jiān)測范圍廣，能實現(xiàn)整個井田范圍內(nèi)全方位、多層位連續(xù)監(jiān)測，定位精度高，誤差小。對礦井沖擊礦壓危險程度進(jìn)行評價，可以降低煤礦的沖擊礦壓災(zāi)害損失，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其研究和現(xiàn)場應(yīng)用實施成果必將對煤礦沖擊礦壓等動力災(zāi)害防治等方面帶來有益的借鑒作用，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。
　　總之，隨著微地震技術(shù)理論研究的深入和實際應(yīng)用的開展，SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)能準(zhǔn)確計算出沖擊礦壓發(fā)生的時間、能量及空間三維坐標(biāo)，確定出每次震動的震動類型，判斷出沖擊礦壓發(fā)生力源，對礦井沖擊礦壓危險程度進(jìn)行評價。進(jìn)一步揭示沖擊地壓的前兆信息，可為沖擊地壓機(jī)理研究和預(yù)測預(yù)報提供有力依據(jù)，為煤礦的安全生產(chǎn)服