微地震技术在采矿安全监测中的应用分析

时间：2024-05-17

孙贵林

（重庆华地工程勘察设计院，重庆 400042）

1 前言

微地震监测技术是记录地下发生的微地震、地下裂缝、应力状态以及压力分布等进行判别的技术，地震在我国分布范围较为广泛，震级越小则频率越高，尤其是-2级以下震级的微地震在地下十分普遍，微地震一旦发生后会对煤矿企业的安全生产带来很大影响。矿山生产过程中十分容易发生微地震，而人们能监测到的微地震并不是人为因素引发的，因此，微地震监测技术在实际应用中也被称为无源微地震监测技术，国内主要使用地面监测技术对采矿安全生产进行监测，同时随着微地震技术的不断发展，其已被广泛运用到可容性矿开采、矿山安全预测等领域，对强化煤矿企业的安全生产及生产效率有着重要的现实意义。

2 微地震简介

现代化矿井在安全生产过程中要求其必须具备自动安全监测系统，彻底改变传统上依靠人工测试、人工判断预报等监测方法，国际上研制出了能够在三维空间内实测、鉴别岩体破裂的微地震监测系统，这对提高矿山采矿安全监测工作的效率及质量有着重要作用，同时也可以在很大程度上降低测试人员的工作强度，对促进煤矿产业在新时期的良性发展有着重要作用。很多材料在承受荷载时都会有声发射现象，所谓的声发射反射现象是指材料在外界应力的作用下，将材料内部产生局部弹塑性能集中的现象，当材料内部集聚到一个特定的临界值后，便会引起材料微裂缝的产生与扩展，微裂缝的产生与扩展过程中会伴随着弹性波或应力波的传播，这便导致材料在实际上产生了声反射现象。相对于较大尺寸的岩体产生声反射现象，在地质学中将这种现象称为微地震，并且在周围岩体快速释放和传播，在一般情况下微地震所产生的信号强度相对较弱，人类的耳朵是不能接收到这种信号的，但是可以借助灵敏的电子仪器来对微地震进行监测。矿山企业在生产过程中的岩石中错位会产生较低水平的微地震，而孪晶、颗粒界面的移动，裂缝的产生和传播等都会导致其产生较为宏观的微地震，只有对微地震进行准确、有效的监测，才能确保矿山企业的安全生产工作及提高其整体生产效率。

3 矿山安全开采微地震监测

矿山在开采过程中随着开采深度的不断增加，地压、瓦斯以及地下承压水等安全问题便会十分突出，微地震技术在解决这些问题过程中有着重要的作用，冲击地压会对采矿安全带来很大影响，冲击地压在发生时会导致煤块以很高的速度飞入巷道，这会对矿山施工人员的生命安全带来很大威胁，同时也会使矿山施工设备受到严重损坏。根据相关统计数据显示，由砂砾岩等关键层破裂引起的矿震占矿震总数量的50%左右，只有很少一部分矿震在出现后导致了冲击地压，这便说明了矿震与冲击地压两者之间有着本质性差别，但是二者都是由于地球内部物理破坏相联系的岩体稳定性问题，而且二者在发生之后都会在短时间内释放出大量的应变能。岩石破裂主要有张破裂和剪破裂两种形式，其中张破裂是由爆炸、洞塌陷以及震源车震动等原因引起的，其在发生时的信号特征是对所有方向进行推动或拉动，而且在张破裂发生时只会产生纵波。与震源有一定距离的波动传播到达地表时，所有道都具有相同的相位。剪破裂信号的主要特征是各分量在不同站相位存在很多差异性，同时水平分量的记录相位也会存在一定差异，导致这一现象的主要原因是受到台站位置影响。在矿山开采过程中为了更好的对较大破裂进行定位，可以利用三分量的仪器对其进行观测及数据处理，这样才能帮助矿山企业更好地对采矿安全进行监测。

4 矿山安全监测中的应用

地震预报过程中最主要的技术就是“以震报震”，通过这种方式可以更好的预防地震灾难，在宏观地震领域中，以震报震的技术在实际应用中很少有成功的事件，这是因为地震中的大震和小震有可能出现在同一个地理位置中，但是其在本质上并不是处于同一个深层面，小震和大震之间彼此深度的距离差相对较大。震区介质参数、物理条件等都是无法运用人眼对其进行观察，但是我们可以通过一些物理现象对其进行推测，而这种使用推测而获取的结果，可靠性、准确性以及科学性相对较低。矿山地震与其他地震存在很大差异性，矿山监测到的微地震有可能与矿层处于同一个深度，预测层深度的物理条件、介质参数等可以通过仪器直接对其进行测量、观察。在矿山生产领域中，运用微地震技术来预报较大地震的可行性很高，在国外一些发达国家中，在运用以震报震的方法时，使用0级以下的地震来预报0级以上地震的现象十分普遍，而且根据国外的使用案例可以发现，以微地震来预报较大地震的成功率可以高达50%左右，如果国内矿山生产领域可以充分利用这一技术，那么对加强矿山企业的安全生产有着重要作用。

5 微地震技术的实际应用

本文为了确定微地震技术在实际应用中的可行性，针对微地震监测开展了一项试验，微地震事件的观测主要是通过先进的检测系统，观察系统主要是由3个三分量检波器为主，微地震检测仪是本次试验过程中的核心设备。试验结果证明，微地震技术在实际应用中可以有效确定煤矿生产中断裂带及垮塌带的准确位置，并可以有效揭示出采煤工作面周期来压、断裂带与垮塌带的边坡角、地下应力场的分布规律等，同时在使用微地震技术在对矿山生产进行监测过程中，其具有投资少、费用低、精确度高等特点，所以其在矿山生产领域中有着十分广阔的应用前景。试验结果还证明，不同矿区、不同地质条件、不同采煤方法所导致的微地震特征存在很大差异性，所以在实践过程中要根据这一特点对其进行区别对待，不可能所有矿区在应用过程中都使用同一标准。