礦山動(dòng)力災(zāi)害前兆規(guī)律及微震監(jiān)測(cè)分析技術(shù)研究

摘要：礦山動(dòng)力災(zāi)害包括礦山開(kāi)采與地下工程活動(dòng)誘發(fā)的沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水等，是國(guó)內(nèi)外礦山特別是煤礦開(kāi)采過(guò)程中常見(jiàn)的工程誘發(fā)災(zāi)害。作者認(rèn)為，不管是非煤礦山的礦山動(dòng)力災(zāi)害、沖擊地壓、礦震等災(zāi)害問(wèn)題，還是煤礦的煤與瓦斯突出或突水問(wèn)題，都是礦山開(kāi)采過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)擾動(dòng)所誘發(fā)的微破裂萌生、發(fā)展、貫通等巖石破裂過(guò)程失穩(wěn)的結(jié)果。微破裂前兆是沖擊地壓、突水、煤與瓦斯突出等礦山動(dòng)力災(zāi)害的共性特征。對(duì)于礦山動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)而言，在原有瓦斯、水信息監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，更應(yīng)從尋找誘發(fā)礦山動(dòng)力災(zāi)害的本質(zhì)機(jī)理和微破裂前兆規(guī)律入手，開(kāi)展礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法的研究。基于上述學(xué)術(shù)思想，作者突破以瓦斯、水等表象信息監(jiān)測(cè)為依據(jù)進(jìn)行礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)思路，提出從開(kāi)采應(yīng)力擾動(dòng)誘發(fā)微破裂導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境劣化的動(dòng)力災(zāi)害本質(zhì)出發(fā)，以微震監(jiān)測(cè)和大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算技術(shù)為手段，以災(zāi)害孕育的內(nèi)在動(dòng)因和前兆規(guī)律研究為核心，以礦山動(dòng)力災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)為目標(biāo)，為我國(guó)礦山日常安全管理提供一種有效的手段。 1.引言 礦山動(dòng)力災(zāi)害包括礦山開(kāi)采與地下工程活動(dòng)中誘發(fā)的沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水等礦山災(zāi)害，是國(guó)內(nèi)外礦山特別是煤礦開(kāi)采過(guò)程中常見(jiàn)的工程誘發(fā)災(zāi)害。 煤礦動(dòng)力災(zāi)害是我國(guó)礦山動(dòng)力災(zāi)害中最主要的部分。我國(guó)井工煤礦占95%，平均井深在400m以上。與世界主要產(chǎn)煤國(guó)相比，我國(guó)煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，礦井事故多發(fā)，平均百萬(wàn)噸死亡率在6左右，是美國(guó)的145倍，年死亡人數(shù)6000人左右，是全球其他產(chǎn)煤國(guó)家死亡人數(shù)總和的3倍。與同屬發(fā)展中國(guó)家的鄰國(guó)印度(百萬(wàn)噸死亡率0.42)相比，我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率仍高出13倍。近年來(lái)，雖然關(guān)閉了數(shù)萬(wàn)個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，但我國(guó)煤礦傷亡事故嚴(yán)重的局面仍然沒(méi)有得到有效控制。礦井因采動(dòng)引起的煤與瓦斯突出、突水、沖擊地壓冒頂?shù)?a href=http://m.cltuan.cn/sggl/ target=_blank class=infotextkey>事故仍然頻繁發(fā)生，死亡超過(guò)10人的重大瓦斯爆炸和透水事故在地方煤礦和部分國(guó)有重點(diǎn)煤礦中頻繁發(fā)生。尤其近幾年國(guó)有煤礦在裝備投入不足的(特別是安全檢測(cè)和決策手段短缺)情況下盲目擴(kuò)大生產(chǎn)，發(fā)生了幾十起傷亡數(shù)十人到數(shù)百人的重大惡性事故。僅自2004年10月以來(lái)，中國(guó)已先后有鄭煤集團(tuán)大平煤礦、銅川陳家山煤礦、阜新孫家灣煤礦、黑龍江七臺(tái)河煤礦等四家大型國(guó)有煤炭企業(yè)相繼發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，每次事故死亡人數(shù)都在百人以上；2005年8月廣東省梅州市大興煤礦發(fā)生突水事故，死亡123人。2005年我國(guó)礦難發(fā)生的一個(gè)重要特點(diǎn)：南部地下突水，北部瓦斯爆炸。國(guó)有大中型煤礦發(fā)生動(dòng)力災(zāi)害事故所占的比重明顯加大，“大礦大難”已顯現(xiàn)為一種趨勢(shì)，其他非煤礦山動(dòng)力災(zāi)害事故也有日益嚴(yán)重的趨勢(shì)。 隨著我國(guó)人口的持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量也日益增加，復(fù)雜難采和深部開(kāi)采誘發(fā)的安全問(wèn)題日益突出，巖爆、煤與瓦斯突出、滑坡等重大的工程地質(zhì)災(zāi)害和事故隱患嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著礦產(chǎn)資源合理的開(kāi)發(fā)與利用。多年來(lái)盡管我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了大量的礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理和防治技術(shù)的研究，但目前我國(guó)礦山安全生產(chǎn)形勢(shì)依然嚴(yán)峻，如果短期內(nèi)不能在礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和控制方面有所突破，勢(shì)必成為制約礦山(特別是煤礦)發(fā)展乃至我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。這種趨勢(shì)和現(xiàn)狀，已經(jīng)引起黨中央和國(guó)務(wù)院的高度重視。國(guó)務(wù)院總理溫家寶2005年在阜新孫家彎“2．14”礦難后(2005年2月23日)主持召開(kāi)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議上，研究部署加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)工作，痛下決心，標(biāo)本兼治，采取七項(xiàng)措施開(kāi)展瓦斯集中整治，堅(jiān)決防范煤礦重特大事故的發(fā)生。其中主要有三項(xiàng)技術(shù)措施： (1)對(duì)瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重和存在重大隱患的煤礦逐個(gè)進(jìn)行安全評(píng)估，幫助制定具體的防范措施； (2)推廣數(shù)字化瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，高瓦斯和高突出礦井一律建立瓦斯抽放和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； (3)加快煤與瓦斯突出機(jī)理及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)科研攻關(guān)。 作者通過(guò)對(duì)目前礦山動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中存在問(wèn)題的分析，基于微破裂是沖擊地壓、突水、煤與瓦斯突出等礦山動(dòng)力災(zāi)害共性特征的基本認(rèn)識(shí)，突破以瓦斯、水等表象信息監(jiān)測(cè)為依據(jù)進(jìn)行礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)思路，提出從開(kāi)采應(yīng)力擾動(dòng)誘發(fā)微破裂導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境劣化的動(dòng)力災(zāi)害本質(zhì)出發(fā)，以微震監(jiān)測(cè)和大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算技術(shù)為手段，以探索災(zāi)害孕育的內(nèi)在動(dòng)因和前兆規(guī)律為核心，以礦山動(dòng)力災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)為目標(biāo)，從理論上總結(jié)分析煤與瓦斯突出、沖擊地壓、突水等礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理，揭示礦山動(dòng)力災(zāi)害孕育的內(nèi)在動(dòng)因和前兆規(guī)律，構(gòu)建礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的理論體系，為建立具有可操作性的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法奠定科學(xué)基礎(chǔ)。 2.存在的問(wèn)題 2.1傳統(tǒng)的礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)報(bào)方法以瓦斯、水等表觀信息為監(jiān)測(cè)對(duì)象，需要加強(qiáng)礦山動(dòng)力災(zāi)害微破裂前兆規(guī)律的研究。 礦山動(dòng)力災(zāi)害的研究表明，不管是非煤礦山的礦山動(dòng)力災(zāi)害、沖擊地壓、礦震等災(zāi)害問(wèn)題，還是煤礦的煤與瓦斯突出(或涌出)和煤礦底板突水等問(wèn)題，都是與礦山開(kāi)采過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)擾動(dòng)所誘發(fā)的微破裂萌生、發(fā)展、貫通等巖石破裂過(guò)程失穩(wěn)的結(jié)果。即使是不伴隨煤層突出的瓦斯爆炸事故，也多是因?yàn)楹咚姑簩又幸驊?yīng)力場(chǎng)的變化誘發(fā)了大量微裂紋的萌生或貫通所造成的。煤層中微裂紋的大量萌生造成大量瓦斯的析出，而大量微裂紋的貫通則導(dǎo)致大量瓦斯的溢出，直至誘發(fā)瓦斯事故，或煤與瓦斯突出，或瓦斯爆炸等。因此，不管是哪種礦山動(dòng)力災(zāi)害，在多數(shù)情況下，在動(dòng)力災(zāi)害出現(xiàn)之前，都有微破裂(微震活動(dòng))前兆。而誘發(fā)微破裂活動(dòng)(微震活動(dòng))的直接原因則是巖層或煤層中應(yīng)力或應(yīng)變?cè)黾拥慕Y(jié)果。特別是煤礦瓦斯災(zāi)害事故的預(yù)測(cè)，除了不能僅走只關(guān)注瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)的老路，更不能就瓦斯災(zāi)害問(wèn)題而單一地監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛群蛪毫?，必須尋找誘發(fā)瓦斯突出的本質(zhì)機(jī)理和前兆規(guī)律，加強(qiáng)開(kāi)采誘發(fā)高應(yīng)力擾動(dòng)的微震活動(dòng)性規(guī)律研究。 2.2微震監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為國(guó)外礦山安全管理的有機(jī)組成部分,我國(guó)礦山缺乏高素質(zhì)微震分析人才 在國(guó)外，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展已使礦山微破裂的監(jiān)測(cè)從“難以實(shí)現(xiàn)的奢望”轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V安全管理的一個(gè)有機(jī)組成部分。如南非、美國(guó)、加拿大、俄羅斯和澳大利亞等國(guó)的深井礦山。由于微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍可大可小，且具有較高的定位精度，已成為礦山開(kāi)采誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。利用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在發(fā)生微震活動(dòng)的礦內(nèi)布設(shè)傳感器，探測(cè)微破裂所發(fā)射出的地震波，確定發(fā)生地震波的位置，還可以給出地震活動(dòng)性的強(qiáng)弱和頻率，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)獲得的微破裂分布位置，判斷潛在的礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律，通過(guò)識(shí)別礦山動(dòng)力災(zāi)害活動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)預(yù)警。 在我國(guó)，早在1959年，北京門(mén)頭溝礦曾用當(dāng)時(shí)的中科院地球物理所研制的581微震儀(哈林地震儀改裝)，監(jiān)測(cè)沖擊地壓活動(dòng)；20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)開(kāi)始以耳機(jī)收聽(tīng)或錄音機(jī)記錄巖石聲發(fā)射頻度的便攜式地音儀，長(zhǎng)沙礦山研究院開(kāi)發(fā)了DYF-1、DYF-2型便攜式智能地音分析儀及STL-1、STL-12型多通道聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于微震監(jiān)測(cè)；華豐煤礦在1995年與中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)合作設(shè)計(jì)安裝了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)十年來(lái)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，積累了大量的數(shù)據(jù)資料。1984年后，門(mén)頭溝、房山、陶莊、北票、龍鳳等煤礦曾陸續(xù)引進(jìn)波蘭地音-微震監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)(SAK-SYLOK)，但操作條件困難，均沒(méi)有堅(jiān)持連續(xù)監(jiān)測(cè)，絕大多數(shù)礦山的礦震是由區(qū)域地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)而得到觀測(cè)資料很難用于研究礦震的空間域規(guī)律。凡口鉛鋅礦從加拿大引進(jìn)我國(guó)井下微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但目前該系統(tǒng)沒(méi)有完全取得應(yīng)有的作用；山東科技大學(xué)與澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院聯(lián)合，就煤礦災(zāi)害的預(yù)測(cè)及防治工作進(jìn)行科技攻關(guān)，設(shè)計(jì)了井下微震定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖體破裂及災(zāi)變過(guò)程。 盡管我國(guó)一些礦山已經(jīng)采用了微震監(jiān)測(cè)技術(shù)，但由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏高素質(zhì)的微震信息處理和分析人員，未能形成完整的監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)思路。因此，目前微震技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用缺乏成功的示例。由于沖擊地壓、煤(巖)與瓦斯突出和突水等動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象的機(jī)理尚未弄清楚，因此，面對(duì)先進(jìn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的繁多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如何充分利用和開(kāi)發(fā)這些第一手資料并進(jìn)行合理的解釋?zhuān)瑥闹械玫娇梢灶A(yù)測(cè)未來(lái)煤礦瓦斯突出、突水等動(dòng)力活動(dòng)的信息，則是沖擊地壓、煤與瓦斯突出和突水等動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警技術(shù)工作中的難點(diǎn)。 2.3傳統(tǒng)礦山動(dòng)力災(zāi)害理論缺乏對(duì)“孕育過(guò)程”時(shí)空演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，難以掌握災(zāi)害預(yù)報(bào)所必需的“前兆特征” 傳統(tǒng)的沖擊地壓、煤與瓦斯突出和突水等礦山動(dòng)力災(zāi)害的研究大都只是關(guān)注瓦斯壓力、濃度、水位等表觀信息的變化，而從本質(zhì)上說(shuō)，沖擊地壓、煤與瓦斯突出和突水等礦山動(dòng)力災(zāi)害是一個(gè)非平衡條件下，由漸進(jìn)破壞誘發(fā)突變的非線(xiàn)性失穩(wěn)過(guò)程。因此，為了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)礦山動(dòng)力災(zāi)害的研究，就必須研究災(zāi)害孕育過(guò)程中微破裂的時(shí)空演化及其前兆特征。針對(duì)深部巖體破壞、失穩(wěn)機(jī)制的復(fù)雜性，緊緊抓住巖石變形和破裂“過(guò)程”這個(gè)涉及失穩(wěn)問(wèn)題的本質(zhì)，從巖石的"非均勻性和非連續(xù)性"兩個(gè)關(guān)鍵特征入手，在充分考慮巖石介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)、環(huán)境因素和開(kāi)采過(guò)程時(shí)空演化過(guò)程復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，從探索動(dòng)力災(zāi)害孕育的內(nèi)在動(dòng)因和微破裂演化入手，建立這些巖石破裂過(guò)程失穩(wěn)機(jī)理、成因、特征的描述方法，揭示采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與微震活動(dòng)性之間的時(shí)空內(nèi)在聯(lián)系和前兆規(guī)律，為建立具有可操作性的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法奠定科學(xué)基礎(chǔ)。 3.在本領(lǐng)域取得突破的機(jī)遇 3.1國(guó)家高度重視礦山安全工作，為礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理和預(yù)報(bào)方法研究提供了良機(jī) 近十多年來(lái)，以沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水為主的礦山動(dòng)力災(zāi)害已成為我國(guó)工業(yè)安全領(lǐng)域的主要災(zāi)害，已成為制約我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人及全社會(huì)都對(duì)此給予了高度關(guān)注，為本項(xiàng)目研究提供了足夠的動(dòng)力。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤炭能源的需求激增，行業(yè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)看好，如果不能有效控制礦山動(dòng)力災(zāi)害，煤炭能源的供給將難以保證。研究礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害的前兆規(guī)律及其監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，建立并完善礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)基礎(chǔ)理論和方法，是保障我國(guó)能源安全和實(shí)現(xiàn)十六大提出的"高度重視安全生產(chǎn)、保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全"國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的重大需求，也是全面建設(shè)小康和諧社會(huì)的必要條件。 3.2現(xiàn)代非線(xiàn)性科學(xué)、破壞力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、信息科學(xué)的結(jié)合為礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ) 礦山動(dòng)力災(zāi)害是具有強(qiáng)非均勻性、強(qiáng)非連續(xù)性、強(qiáng)非線(xiàn)性的復(fù)雜工程地質(zhì)介質(zhì)在水、氣、熱、化學(xué)等多場(chǎng)耦合作用下的損傷演化和漸進(jìn)破裂誘發(fā)災(zāi)變的過(guò)程，開(kāi)展礦山動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理和監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)分析方法的研究，涉及非線(xiàn)性科學(xué)、破壞力學(xué)、計(jì)算力學(xué)、信息科學(xué)等現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)。近年來(lái)，現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)包括突變理論、分形理論、協(xié)同學(xué)、局部化理論、細(xì)觀力學(xué)方法等的發(fā)展，為礦山動(dòng)力災(zāi)害孕育機(jī)制的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 3.3微震監(jiān)測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法的研究提供了技術(shù)保障 實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)的可能性首先是得益于微震(聲發(fā)射)監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)。在國(guó)外，它已使礦山微破裂發(fā)展的監(jiān)測(cè)從“難以實(shí)現(xiàn)的奢望”轉(zhuǎn)變?yōu)椴傻V過(guò)程的一個(gè)有機(jī)組成部分，成為礦山開(kāi)采誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)的可能性的另一個(gè)重要因素則是礦山整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析的大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。大規(guī)模數(shù)值計(jì)算技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用，已普遍地為人們所共識(shí)。從傳統(tǒng)科學(xué)與工程領(lǐng)域如航空航天、地震預(yù)報(bào)、天氣與氣候預(yù)測(cè)、大型水利建設(shè)和石油地質(zhì)勘探，到大型基因組測(cè)試、新藥設(shè)計(jì)和新材料合成等新興科學(xué)研究領(lǐng)域，無(wú)處不需要大規(guī)模數(shù)值試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算。由于礦山動(dòng)力災(zāi)害問(wèn)題所涉及的因素多且復(fù)雜、規(guī)模巨大，僅僅依靠現(xiàn)有的數(shù)值計(jì)算方法和分析工具，很難開(kāi)展高水平的分析預(yù)報(bào)工作。隨著我國(guó)礦山動(dòng)力災(zāi)害事故的日益嚴(yán)峻，在礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)中，與現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)緊密結(jié)合，運(yùn)用大規(guī)模科學(xué)計(jì)算技術(shù)來(lái)分析復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)的分布，實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害誘發(fā)機(jī)理及其分析預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，無(wú)疑將是一條有效的途徑。 4.基于微震監(jiān)測(cè)與應(yīng)力計(jì)算技術(shù)的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)系統(tǒng) 4.1基本思路 基于微破裂是沖擊地壓、突水、煤與瓦斯突出等礦山動(dòng)力災(zāi)害共性特征的基本認(rèn)識(shí)，從探索動(dòng)力災(zāi)害孕育的內(nèi)在動(dòng)因和前兆規(guī)律入手，通過(guò)微震監(jiān)測(cè)和應(yīng)力場(chǎng)分析大規(guī)律科學(xué)計(jì)算，揭示采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與微震活動(dòng)性之間的時(shí)空內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)展微破裂過(guò)程中的多場(chǎng)耦合分析理論，突破傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法在非均勻、非連續(xù)介質(zhì)破裂過(guò)程分析中的局限性，建立基于細(xì)觀統(tǒng)計(jì)損傷力學(xué)原理的煤巖破裂及礦山動(dòng)力災(zāi)害數(shù)值分析的新方法，為建立具有可操作性的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法奠定科學(xué)基礎(chǔ)。 4.2技術(shù)途徑 基于“開(kāi)采擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)誘發(fā)微震活動(dòng)性是礦山動(dòng)力災(zāi)害前兆共性本質(zhì)特征”這一學(xué)術(shù)思路，圍繞礦山動(dòng)力災(zāi)害孕育的“地質(zhì)背景、演化機(jī)理、仿真預(yù)報(bào)方法”三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，依托示范工程，采用地質(zhì)構(gòu)造逐級(jí)控制理論、地球物理學(xué)理論、多物理過(guò)程耦合力學(xué)理論、大規(guī)模并行計(jì)算科學(xué)等理論和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)手段，在深層次上對(duì)采動(dòng)過(guò)程高應(yīng)力區(qū)逐級(jí)地質(zhì)構(gòu)造背景特征、災(zāi)害微震活動(dòng)前兆信息和大規(guī)模多場(chǎng)耦合數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行綜合反演，揭示預(yù)報(bào)礦山動(dòng)力災(zāi)害前兆規(guī)律，為建立礦山動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)模型和預(yù)報(bào)系統(tǒng)奠定理論基礎(chǔ)。具體的技術(shù)途徑如下： (1)礦山動(dòng)力災(zāi)害構(gòu)造背景控制特征：運(yùn)用板塊和區(qū)域構(gòu)造理論，通過(guò)構(gòu)造演化分析，結(jié)合先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)手段，查明深部含瓦斯煤體、含水巖體應(yīng)力應(yīng)變特征、分布規(guī)律和煤與瓦斯突出、礦井突水前兆控制因素。從而達(dá)到有目的設(shè)立微震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)礦山動(dòng)力災(zāi)害中、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)奠定基礎(chǔ)。 (2)礦山動(dòng)力災(zāi)害微震活動(dòng)前兆規(guī)律和失穩(wěn)模式：提出開(kāi)采誘發(fā)煤巖體漸進(jìn)破裂誘發(fā)失穩(wěn)的突變模型，探討原巖及其擾動(dòng)條件下背景應(yīng)力場(chǎng)積累、釋放、轉(zhuǎn)移的基本規(guī)律，建立背景應(yīng)力場(chǎng)演化與微震活動(dòng)性的關(guān)系，揭示礦山動(dòng)力災(zāi)害孕育過(guò)程中的微震活動(dòng)時(shí)空演化規(guī)律，探尋巖爆、煤與瓦斯突出、突水等礦山動(dòng)力災(zāi)害的微震前兆信息和失穩(wěn)模式，為建立短臨和臨震預(yù)報(bào)模型提供理論依據(jù)。 (3)礦山動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)示范基地：依托實(shí)例工程，建立微震監(jiān)測(cè)試驗(yàn)基地，形成礦山微震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井工作面微震活動(dòng)進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取大量的微震活動(dòng)性時(shí)空分布數(shù)字化記錄，并實(shí)現(xiàn)將微震監(jiān)測(cè)的結(jié)果(輸出)作為修正模型的原始數(shù)據(jù)(輸入)，使分析模型能夠依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)的初步運(yùn)轉(zhuǎn)，為在我國(guó)實(shí)施礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)提供理論、技術(shù)支持和示范作用。 5.結(jié)論 作者根據(jù)目前我國(guó)礦山微震技術(shù)應(yīng)用落后的實(shí)際，提出了將微震的監(jiān)測(cè)工作與分析預(yù)報(bào)工作分離，由現(xiàn)場(chǎng)和具有實(shí)力的研究機(jī)構(gòu)分別實(shí)施，認(rèn)為這是符合我國(guó)國(guó)情的礦山動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)報(bào)新思路。建議在科研實(shí)力雄厚的高等院校、研究機(jī)構(gòu)或礦務(wù)局，建立我國(guó)礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)研究平臺(tái)和示范基地，形成輻射區(qū)域內(nèi)各大礦區(qū)的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)獲得的微震活動(dòng)性信息實(shí)時(shí)傳遞到礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)中心，在實(shí)測(cè)微震活動(dòng)性信息基礎(chǔ)上，通過(guò)背景應(yīng)力場(chǎng)分析，獲得預(yù)報(bào)礦山動(dòng)力災(zāi)害可能性的應(yīng)力場(chǎng)分布信息，長(zhǎng)期不間斷地向入網(wǎng)礦山發(fā)布動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性的預(yù)警報(bào)告，實(shí)現(xiàn)對(duì)入網(wǎng)礦山動(dòng)力災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、即時(shí)分析和及時(shí)通報(bào)(象天氣預(yù)報(bào)一樣)，為礦山安全生產(chǎn)提供更加科學(xué)的技術(shù)保障，為全國(guó)礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)工作發(fā)揮示范作用。與此同時(shí)，運(yùn)用示范基地和研究平臺(tái)進(jìn)行長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析預(yù)報(bào)方法的研究工作，在我國(guó)形成邊研究、邊應(yīng)用的礦山動(dòng)力災(zāi)害分析、預(yù)報(bào)和研究機(jī)制。