我国煤矿冲击矿压微震监测预警技术研究展望

王海琳　朱士禄

[摘要]煤岩体在开采影响下发生破裂、滑动过程中，会产生一定频率地震波向周围传播，释放聚集的能量，而波的振幅和频率又取决于煤岩体的强度、应力状态、破裂尺寸和变形速度等。因此，每一个微震信号都包含有岩体内部状态变化的丰富信息。应用微震监测系统，其功能是对全矿范围进行微震监测，为评价全矿范围的顶板来压危险提供依据，有效预防灾害发生。

[关键词]地球物理 微震 前景 展望

[中图分类号] P183 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-207-1

1矿震机理的研究

近年来随着科研项目的推进，中国矿业大学多位教授已经将矿震研究成果证实：矿山地震和天然地震的破裂机制具有相似性和一致性。然而，不同矿山地震由于诱发成因不同，破裂机制也各有特点。但是目前，冲击矿压震源机理的认识还不甚明了，直接导致现有微震监测系统的冲击预测精度和各种重要指标的准确性和可靠性尚不够高。不同震动类型诱发冲击矿压的震源机理还没有进行系统的研究，现有的双力偶、集中力偶等震源机制对许多矿山微震事件都无法给予合理解释。因此，揭示不同冲击矿压类型的震源过程，寻找较好的矿震理论来解释和指导冲击矿压的预报和防治实践，是微震法预测预报冲击矿压的首要任务。

2冲击矿压破坏机理的研究

冲击矿压发生的震源机理和破坏机理，是冲击矿压的因与果。然而我们发现，震源机理相同产生的后果可能不同，造成相同或相近破坏效果的冲击矿压，其震源机理并不一定相同。实践证明，冲击矿压和岩层震动总是相伴而生。因此，需要根据微震监测岩层破裂结果，在充分分析岩层震动，尤其是关键层运动产生的地震波传播与煤岩体相互作用的基础上，深入进行煤岩体受地震波的动力分析和能量聚集与耗散规律研究，从而最大限度降低冲击矿压可能造成的破坏，提供更为坚实的理论依据。

3地震波波速机制研究

研究表明，岩石强度越高，地震波的传播速度越快，即质量因数越高，地震振荡中所发生的频谱越高。换言之，即在某介质内随应力增加，地震波的传播速度也增大。根据微震监测系统各个观测站接收到的震动信号，进行震源定位后，利用地震层析成像技术，通过地震波到达各测点所需的时间和已知的距离，反演出地震波在不同岩层不同区域的传播速度，并通过数学方法做出波速等值线图，即可得知岩体的应力分布状态及变化趋势，进而可划定高应力和高冲击危险区域。地震层析成像技术和微震实时监测相结合，可对不同区域冲击危险性作较准确地预测预报和评价。

4不同微震信号识别技术及各自特点的研究

三河尖、华丰等矿区在这方面进行了初步研究，如何进一步完善不同微震信号的特征比较指标，建立真正普遍化、实用可靠的识别技术，并对微震复杂信号进行识别及其除噪，使信号识别更准确有效，最终达到快速识别冲击危险信号便于及时采取应对措施，仍需大量地统计和分析研究。

5微震法判别冲击矿压危险的依据和准则

微震法预测预报冲击矿压在我国尚处于初步研究阶段，目前使用的微震监测系统主要提供冲击矿压、矿震的发生地点和相对强度，应用统计学技术进行冲击危险预报，尚未真正形成系统的预测预报技术。因此，冲击矿压微震监测技术研究的关键突破口就是，通过大量现场工业性试验，进行微震规律分析，最终建立适合我国矿区的，真正能进行冲击矿压预测预报的微震监测指标，建立微震法判别冲击矿压危险的依据和准则，提出不同冲击危险等级相应的冲击危险指数，进而对煤矿现场冲击矿压危险进行准确预测预报和评价。

6传感器技术的进步和科学普及

众所周知，微震数据的主要来源就是在矿震发生过程中或是起爆之后，由传感器将振动波手机，转换信号，从而记录下振动波形，在后期通过数学手段进行分析和判断。传感器布置过程应该时刻注意三维空间和二维空间的无序和不交叉。但是现有的传感器布置水平总是存在一定的盲区，而现在对矿震的认识又无法排除这块盲区所可能蕴含的危险，因此进一步加大传感器技术和使用方法的研究也是一大发展趋势。

7空间、时间所面临的新的挑战

岩爆的预测及其对于冲击矿压的防治是当今世界的前沿科学，就目前的测试技术，要准确测定岩爆的时、空参数还有很多技术没有解决，不同的计算理论有不同的假设条件，但是哪种理论更切合实际，还需要在实际工程中不断的进行比对、研究、改进。并且，由于其随机性很强，影响因数众多，特别是分析软件的参数与实际地址特征的匹配问题，还需要在实践中不断探索。

8结论

利用地球物理方法进行预测是当今世界的前沿科学，就目前的测试技术，要准确预测还有很多技术没有解决。采用微震监测技术可以对工作面见方期间围岩破坏的整个过程进行监测，研究岩层运动间的关系，进行预测预报岩层可能出现的冲击矿压。为见方期间实施针对性的冲击地压、煤与瓦斯突出和底板突水等矿井动力灾害防治措施提供了依据。

微震技术无论是在地下工程建设和安全防护上还是在研究火山地震灾害上都有着非常广泛应用。我国微震研究尚处于初级阶段，没有利用微震信号进一步研究，实时反演地下结构。此外，未来可以通过无线网络等手段将数据实时传回并建立有效的软件系统，用微震技术研究火山、地震等灾害。随着我国自主开发资源的步伐进一步加快和自然科学的飞速发展，微震技术必将在油田、矿山、火山地震监测等多个领域有着相当广泛的应用前景。

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