數(shù)字化礦震監(jiān)測(cè)在大同煤礦地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用

李蘭亭

大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)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?jiǎn)栴}十分嚴(yán)重已影響到采煤安全，我們?cè)诖笸旱V口泉溝一帶建立了一個(gè)數(shù)字化測(cè)震網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)大同煤田的礦震，通過監(jiān)測(cè)巖體破裂產(chǎn)生的振動(dòng)波定位巖體的破裂位置、時(shí)間和強(qiáng)度,研究礦震形成機(jī)制，提供破壞性礦震速報(bào)和災(zāi)害預(yù)警意見。

該系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)與數(shù)字采集，實(shí)時(shí)定位顯示，分析預(yù)測(cè)系統(tǒng)組成。對(duì)監(jiān)測(cè)到的礦震記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)比研究礦震的活動(dòng)性規(guī)律和相關(guān)物理變化。

礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用國(guó)家地震局北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司的EDAS-24IP 地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，目前屬國(guó)內(nèi)同行業(yè)最先進(jìn)技術(shù)。儀器主要特點(diǎn)：24 位A/D 轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)范圍＞130dB（采樣率為50Hz時(shí)），支持TCP/IP 協(xié)議，支持基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。記錄的地震波方法分辨率高，信息量大，響應(yīng)速度快可提高指揮系統(tǒng)的災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警能力和快速響應(yīng)能力。

2 礦震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到的功能

1）分析有感震動(dòng)的類型，是自然地震還是礦震，以及震動(dòng)的時(shí)間和強(qiáng)度；

2）通過測(cè)震資料的初步分析，提出震動(dòng)的趨勢(shì)意見；

3）確立震動(dòng)位置和震動(dòng)范圍，為急時(shí)救援提供信息，但礦震預(yù)測(cè)是個(gè)世界難題，需要在長(zhǎng)年的監(jiān)測(cè)過程中找到本區(qū)礦震的形成機(jī)制以及發(fā)生規(guī)律。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立以及軟件分析

2006年我們?cè)诖笸旱V集團(tuán)公司地震辦建立了中心臺(tái)網(wǎng)，在煤峪口礦建立了一個(gè)子臺(tái)，通過光纜、局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸。記錄到的整小時(shí)文件，事件文件實(shí)行了人機(jī)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(shí)現(xiàn)。交互分析地震震相、地震數(shù)據(jù)復(fù)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(jì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)EDSP-RTP 軟件是為數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)設(shè)計(jì)的專用處理軟件，在臺(tái)網(wǎng)中心完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、事件檢測(cè)和自動(dòng)處理任務(wù)。

監(jiān)控系統(tǒng)EDSP-MON 是從數(shù)據(jù)交換服務(wù)器接收、存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、通過圖形界面實(shí)時(shí)顯示地震臺(tái)站狀態(tài)、臺(tái)網(wǎng)中心與其它臺(tái)網(wǎng)通信狀態(tài)、內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等監(jiān)控信息，此系統(tǒng)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的初級(jí)建設(shè)工程已完成，經(jīng)過資料的分析認(rèn)為對(duì)煤峪口礦、忻州窯礦發(fā)生的礦震都有準(zhǔn)確的定位，在煤峪口礦產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。至于礦震的預(yù)測(cè)還需要大量的資料積累、分析判斷，找出礦震的形成機(jī)理和發(fā)展規(guī)律性。

從定位結(jié)果可以看出開采區(qū)域與礦震發(fā)生區(qū)域的相關(guān)性，證明了礦震是在一定的構(gòu)造背景和應(yīng)力環(huán)境下，開采卸載誘發(fā)的結(jié)果。礦震監(jiān)測(cè)定位的結(jié)果，結(jié)束了關(guān)于礦震與開采是否有關(guān)爭(zhēng)論，促進(jìn)了采礦系統(tǒng)對(duì)沖擊地壓的防治。

4 通過資料分析對(duì)構(gòu)造地震的成因認(rèn)識(shí)

通過礦震資料分析，對(duì)構(gòu)造地震的成因提供了重要啟示。最新理論認(rèn)為，地震成因與地下流體作用有關(guān)。 在礦山-500m 以下深度，甲烷壓力大于4.63MPa時(shí)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(guān)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(yīng)力集中部位超臨界流體的應(yīng)力腐蝕與相變時(shí)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(guó)際上礦震研究最重要的進(jìn)展, 是證實(shí)了礦山地震和天然地震機(jī)制的相似性：1）都具有雙力偶源的成分；2）地震矩和應(yīng)力降的關(guān)系相似，都滿足Kanamori 提出的尺度不變性。這兩個(gè)相似性，加上礦震震源的可見性，是礦山成為國(guó)際上天然地震研究的中尺度實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的重要依據(jù)。我們認(rèn)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(duì)于地震的發(fā)生都起到了觸發(fā)和釋放應(yīng)變能的作用。這個(gè)觀點(diǎn)如果得到證實(shí)，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(jī)制的相似性。

5 實(shí)例結(jié)果

礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤峪口礦監(jiān)測(cè)到的煤礦塌陷定位結(jié)果如下：

6 結(jié)論

數(shù)字化礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是礦山地質(zhì)災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的雛形，礦震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過綜合分析判斷，能給出核心災(zāi)害的性質(zhì)并提出預(yù)警。首先能快速給出災(zāi)害發(fā)生的三要素，時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度并向現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度人員指出預(yù)警程度和應(yīng)采取的相應(yīng)措施，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。