微地震监测系统在冲击地压预测预报中的应用

　　摘要：微地震是一种小型的地震，在地下矿井深部开采过程中不可避免的发生岩石破裂和地震活动。冲击地压是采矿诱发的矿井地震，严重威胁着煤矿的安全生产。微地震监测技术是一种新的地球物理探测技术，利用微地震监测系统是预测预报冲击地压的有效手段，分析微地震事件的分区性，指出应力积聚区域及冲击地压危险区域，成功预测了该工作面的冲击地压。
　　关键词：微地震　监测手段　冲击地压　预测预报
　　中图分类号：TD324　文献标识码：A　文章编号：1672-3791(201 2)01(b)-0216-01
　　冲击地压，也称岩爆，它是在一定条件下一种岩体中聚积的弹性变形势能突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。冲击地压首次在英国南斯塔福煤田发生，所有采煤国家也都陆续出现冲击地压。发生冲击地压的条件是岩体中有较高的地应力，岩石具有较高的脆性度和弹性，并且地应力超过了岩石本身的强度。冲击地压具有突然性、瞬时震动性和破坏性，采煤井下生产安全和作业人员的生命安全受到严重威胁，现在已成为世界范围内矿井中最严重的自然灾害之一，对冲击地压进行预测的传统方法主要有采用微地震监测法，下面就谈谈自己对微地震监测系统对冲击地压预测预报的肤浅看法。
　　1　微地震监测技术
　　以声发射学和地震学为基础的微地震监测系统，该方法集采矿学、地震学、信号采集与处理、信号传输等多学科知识干一体，是研究冲击地压、水害治理、煤与瓦斯突出等矿山灾害的有效手段。通过观测分析矿井生产活动中所产生的微小地震事件来监测生产活动的影响效果及地下状态的地球物理技术。地球物理学技术为研究小范围内信号微弱的微地震事件提供了技术支持。
　　2　微地震系统监测原理
　　当地下岩石由于人为因素或应力作用下发生破裂、移动时，产生微地震和强大的声波向周围传播。在地下岩土中布置微地震传感器，实现微震数据的自动化采集、传输和处理，利用定位原理确定岩石破坏发生的位置，且在三维空间上显示出来，记录这些微地震波的到达时间、传播方向等信息，利用恰当的计算方法可以确定岩石破裂点，即震源的位置。(如图1所示)微地震监测技术能够根据震源分析地震破裂尺度和性质。
　　
　　2.1　SOS微震监测系统的功能
　　SOS微震监测系统是波兰矿山研究总院采矿地震研究所设计制造的新一代微震监测仪，能够即时、连续、自动采集矿山岩体震动信号，自动生成震动信号图，进行记录并进行滤波处理，自动保存；定期打包保存震动记录信息。将震源位置和能量显示在矿图上，矿图能够放大和平移方便观察震动源点，并可以文件的方式打印出来，自动检测设备工作状态。
　　2.2　SOS微震监测系统的特点
　　SOS微震监测系统结构简单，操作方便、安全可靠。系统扩展能力强，可由16通道扩展为32通道，检波haRxQeR3Eqa6OoHgSH++1Xcp00jk6olmdXSWRH6yM+k=探头敏感度高，抗干扰能力强，记录的信号准确；软件操作简单，波形分析功能强大，可视化能力强，多种矿震定位方法，矿震能量计算准确。
　　2.3　SOS微震监测系统的优点
　　(1)及时监测，利用矿井微震监测计算机处理系统和软件，使得矿震事件在矿图上自动显示震源位置，并标注出震源的坐标和能量大小，及时确定微地震位置。(2)连续监测，可实现长时间连续监测，自动生成震动信号图。(3)三维监测，可在观测范围内进行三维空间定位，震动图形自动保存。
　　3　冲击地压预测预报
　　冲击地压是矿区内在区域应力场和采矿活动作用影响下，岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。矿震较强烈时，地面都能感觉到岩体的剧烈震动，甚至引起地面建筑物遭到破坏。简单地说，矿区开采人为地改变了原本稳定的地壳结构，导致地壳不均引发地震。冲击地压一般没有明显的预兆，难于事先确定发生的时间、地点和冲击强度；发生过程短暂，伴随巨大声响和强烈震动，发生矿震，瓦斯有可能会突然大量涌出，造成更大的灾害。所以，预防矿震迫在眉睫。只有采用SOS微震监测系统防患于未然，用科学的方法监测矿震，能够减少矿震引发冲击地压灾害。
　　3.1　SOS微震监测系统的布置
　　经研究发现：在采煤面不断推进过程中，其周围岩层的微地震活动表现出一种规律化的模式，在采矿过程中，岩层周围的地质缺陷及其部分断层也会受到采动的影响而被激活，随之产生相应的构性的运动，这种结构性的运动会影响到整体采矿响应，导致在远离工作面几百米的地方也会出现微地震活动。所以，在煤矿微地震监测系统井下一般布设多个分站，全部布置在受开采影响区域外的巷道、硐室中。
　　井下检波测量探头不低于8个(由矿震、磁变电信号转换处理、信号放大增益、发射等部分组成)，由地上对其供电，并将信号通过电缆传到地面。井上安装信号采集站、信号记录器及中心计算机等。井下安装的DLM 2001检波测量探头、地面安装的DLM-SO信号采集站和AS-1信号记录器等组成，他们相互配合形成一个整体进行工作。开发的软件能根据所监测的数据准确分析出震源的具体位置和能量，并准确分析冲击地压可能发生的具体位置。
　　3.2　SOS微震监测系统对微地震的预测预报
　　微地震事件的实质是一个围岩应力、应变、破裂、失稳及移动等一系列动态演变过程的一种表现形式，由于SOS微地震监测可在3D空间全方位地描述岩层的变化，因而有着超越传统方法的独特优势。系统采用1 Hz~600Hz带嵌入式信号传输模块的震动速度型矿震监测拾震器，进行双向控制传输。可实现拾震器工作状态的远程监控和调试。实现监测信息的数字化收集、传输、整理，监测结果准确。仪器为区域性监测方法，监测范围广，能实现整个井田范围内全方位、多层位连续监测，定位精度高，误差小。对矿井冲击矿压危险程度进行评价，可以降低煤矿的冲击矿压灾害损失，产生巨大的经济效益和社会效益。其研究和现场应用实施成果必将对煤矿冲击矿压等动力灾害防治等方面带来有益的借鉴作用，经济和社会效益巨大。
　　总之，随着微地震技术理论研究的深入和实际应用的开展，SOS微震监测系统能准确计算出冲击矿压发生的时间、能量及空间三维坐标，确定出每次震动的震动类型，判断出冲击矿压发生力源，对矿井冲击矿压危险程度进行评价。进一步揭示冲击地压的前兆信息，可为冲击地压机理研究和预测预报提供有力依据，为煤矿的安全生产服