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矿山地震监测的回顾与展望 1 地面0.地面4级.矿—早期历史概况 1908年，明德罗普（mintop）在德国鲁尔煤矿的博卡（bochcum）地区建立了第一个采矿观测站。该台站配有一架(德国)的维歇特水平地震仪,直至在第二次世界大战中被摧毁,从未中断过工作。 上世纪20年代,迈因卡(Mainka)在德国的上西里西亚(后划归波兰)建立了第一个用于矿井监测的地震台网.其中一个台站设在煤矿深部,并配有Mainka水平摆。该仪器与传统地震台的仪器无太大差别,而且这些台彼此是独立的。 到了60年代,才出现由地面和地下现代地震台组成的遥测台。南非金矿第一个采用高频拾震器,并可对一4级微小事件进行定位,且精度达40～20 m. 1959年,北京门头沟矿用当时中科院地球物理所研制的581微震仪(哈林地震仪改装),监测冲击地压活动,记录器采用熏烟走纸笔绘记录. 1976年唐山地震前后,国内以群测群防形式,陆续在吉林辽源矿、北京门头沟矿、抚顺龙风矿、北票台吉矿、山西大同矿、河北开滦矿、山东陶庄矿等一些有矿震活动的矿区架设了三分向地震仪(采用地面DD-1地震仪单台工作).门头沟矿1994年更换为DD-2微震仪,直到2000年6月闭矿才停止工作。20年中总共记录到11万条矿震事件,并取得丰富的研究成果[1一3]. 1979年,中科院地球物理所徐敏、姚振兴、陆其鹄等在门头沟矿用当时的钟声牌录音机到矿井下进行地声观测,历时三个多月. 1984年,中国地震局地球物理所郑治真、陆其鹄等用自制的慢速磁带地声仪在北京房山煤矿井下进行观测,并制作了基于单片机研制的专用处理设备,对地声信号进行事后数据采集,及对介质和震源参数进行提取和分析.该项工作在90年代得到国家自然科学基金的资助,获得了丰富的成果(郑治真等,1995;刘万琴等,1999). 1984年,从波兰引进的地音一微震观测系统(SAK—S YLOK)分别在北京门头沟矿、抚顺龙风矿、四川天池矿和山东陶庄矿等几个冲击地压严重的地区运转。其中SAK为地音(声发射)系统,拾震器分布在工作面80～100m范围内,优势频率为200 Hz以上。事件频度信号实时传输到地面并显示.SYLOK为微震监测系统8个通道,采用SPI—70型拾震器和TSS—BOS本质安全型微震信号发送器,均在井下布设成直径几公里的台网.波形信号实时传输到地面,动态范围为8位,信号存盘,定位精度不超过200m.可在地面实时显示定位结果.门头沟用到1997年,并对系统进行了部分国产化. 2 国内矿山地震监测 矿震监测的定位精度和机制研究,不仅关系到矿震灾害防治与预测,而且关系到矿山冲击地压人身事故责任认定。由于种种原因,国内矿山地震的监测在上世纪90年代陆续停止。现有矿山冲击地压灾害监测和分析主要依靠当地区域地震台,但区域台网密度不足,ML2以上矿震的I类定位精度才5 km,ML1.0以下的小事件又记录不到.矿震监测的技术改造仅在一两个效益较好、管理水平较高的煤矿企业中自发进行,没有一个政府部门统一牵头. 3 监测网的建立及工作原理 俄国科学院Ioffe技术物理研究所Kuksenko等开发了SDAE—8型声发射(地音)系统。该系统有8个通道,记录处理能力为400个事件/s,工作频率为10 kHz～1 MHz,可实时存储、处理多种数据并显示事件的定位和能级.另一套矿山微震监测系统工作频率与地音系统不同,但其它处理能力相同。这两套系统在俄罗斯、波兰、印度等矿山取得过成功,在矿山地震监测预报的研究中发挥着重要作用。地音系统还被用于天然气管道无损探伤等。李世愚、尹祥础等与Kuksenko多次合作(1999北京、2001昆明、2003北京),利用地音系统在国内实验室开展矿山地震成因机理的岩石力学声发射模拟实验,获得了一定的成果. 1998年,陆其鹄提供技术协助,山东新纹矿务局华丰煤矿建立了冲击地压微震监测台网。该台网共有4个测点,点间距5 km左右。拾震器电压换能灵敏度为300 Vs/m(65型)和700 Vs/m(DD—2型),采用无线模拟调频信号传输,中心站解调,数据采样率1 ksps,显示原始振动记录波形。实测结果表明,台网定位平均误差为60 m左右. 2001年,陆其鹊提供技术协助,徐州矿务局三河尖煤矿建立了冲击地压微震监测网。监测网有4个测点,测点间距3～5 km,其中1个三分量,一个单分量均在矿井下,其余两个单分量设置在钻井下深270 m的基岩层面上。一个点用无线数字传输,两个点用有线数字传输。传输速率均为38.4 kbit/s。中心站按每分量1ksps的采样率接收测点数据。监测网的震中定位精度为数十米. 2002年开始,在科技部社会公益项目和国家自然科学基金的联合资助下,由中国地震局地球物理所牵头,在抚顺老虎台煤矿周围建立矿山地震监测系统,共4个测