数字化矿震监测在大同煤矿地质灾害防治中的应用

李兰亭

大同煤炭职业技术学院，山西大同 037003

1 概况

大同煤田，因多年开采形成大面积的采空区，经常有煤矿塌陷事件发生，忻州窑矿冲击地压问题十分严重已影响到采煤安全，我们在大同煤矿口泉沟一带建立了一个数字化测震网络，监测大同煤田的矿震，通过监测岩体破裂产生的振动波定位岩体的破裂位置、时间和强度,研究矿震形成机制，提供破坏性矿震速报和灾害预警意见。

该系统由监测与数字采集，实时定位显示，分析预测系统组成。对监测到的矿震记录进行数据分析，对比研究矿震的活动性规律和相关物理变化。

矿震监测系统采用国家地震局北京港震机电技术有限公司的EDAS-24IP 地震数据采集系统，目前属国内同行业最先进技术。仪器主要特点：24 位A/D 转换，标准LAN 以太网通讯，支持连续数据记录和触发记录，大容量USB 硬盘记录器，动态范围＞130dB（采样率为50Hz时），支持TCP/IP 协议，支持基于网络协议的实时数据传输。记录的地震波方法分辨率高，信息量大，响应速度快可提高指挥系统的灾害预测预警能力和快速响应能力。

2 矿震监测网络能达到的功能

1）分析有感震动的类型，是自然地震还是矿震，以及震动的时间和强度；

2）通过测震资料的初步分析，提出震动的趋势意见；

3）确立震动位置和震动范围，为急时救援提供信息，但矿震预测是个世界难题，需要在长年的监测过程中找到本区矿震的形成机制以及发生规律。

3 监测系统的建立以及软件分析

2006年我们在大同煤矿集团公司地震办建立了中心台网，在煤峪口矿建立了一个子台，通过光缆、局域网实现了数据的传输。记录到的整小时文件，事件文件实行了人机交互地震数据的分析处理。EDSP-IAS 交互分析处理软件的功能都已实现。交互分析地震震相、地震数据复核、震相数据修改都已正常开展。利用分析得到的震相数据采用多种地震定位方法计算震中位置参数，用图形方式，配合背景地图显示震中位置。

实时数据处理系统EDSP-RTP 软件是为数字遥测地震台网设计的专用处理软件，在台网中心完成实时数据接收、存储、事件检测和自动处理任务。

监控系统EDSP-MON 是从数据交换服务器接收、存储监控数据、通过图形界面实时显示地震台站状态、台网中心与其它台网通信状态、内部系统运行状态等监控信息，此系统已正常运转。

监测系统的初级建设工程已完成，经过资料的分析认为对煤峪口矿、忻州窑矿发生的矿震都有准确的定位，在煤峪口矿产生了一定的经济社会效益。至于矿震的预测还需要大量的资料积累、分析判断，找出矿震的形成机理和发展规律性。

从定位结果可以看出开采区域与矿震发生区域的相关性，证明了矿震是在一定的构造背景和应力环境下，开采卸载诱发的结果。矿震监测定位的结果，结束了关于矿震与开采是否有关争论，促进了采矿系统对冲击地压的防治。

4 通过资料分析对构造地震的成因认识

通过矿震资料分析，对构造地震的成因提供了重要启示。最新理论认为，地震成因与地下流体作用有关。 在矿山-500m 以下深度，甲烷压力大于4.63MPa时处于超临界状态，而水在-5km以下孔隙压力大于22MPa，处于超临界状态，瓦斯溢出与矿震的相关性，证明了流体在矿震成因中的作用，表明超临界瓦斯与二者的行为有若干相似之处。应力集中部位超临界流体的应力腐蚀与相变时孔隙压力的突变可能是地震破裂起始和能量释放的主要因素。国际上矿震研究最重要的进展, 是证实了矿山地震和天然地震机制的相似性：1）都具有双力偶源的成分；2）地震矩和应力降的关系相似，都满足Kanamori 提出的尺度不变性。这两个相似性，加上矿震震源的可见性，是矿山成为国际上天然地震研究的中尺度实验场的重要依据。我们认为，矿震成因中甲烷（可能还包括二氧化碳）流体的作用与十几公里深部水同属超临界状态，因而解吸作用相似，对于地震的发生都起到了触发和释放应变能的作用。这个观点如果得到证实，则将证明矿震与天然地震存在第三相似性，即流体作用物理机制的相似性。

5 实例结果

矿震监测系统在煤峪口矿监测到的煤矿塌陷定位结果如下：

6 结论

数字化矿震监测系统是矿山地质灾害综合监测预警系统的雏形，矿震监测系统通过综合分析判断，能给出核心灾害的性质并提出预警。首先能快速给出灾害发生的三要素，时间、地点、强度并向现场指挥调度人员指出预警程度和应采取的相应措施，此监测系统的应用对煤矿安全生产有巨大的经济和社会效益。