浅析地震监测台网在矿山地震灾害评估中的应用
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作者: 张磊 尹乾乾等
摘 要：近年来，我国煤矿安全事故频发发生，给人民的生命财产造成了不可估量的损失。其中，有些安全事故是并非全都是人为原因导致的，矿山地震也可以引发煤矿安全事故。因此，做好矿山地震的预测预报工作，尽可能减少灾害带来的损失，就显得尤为重要。其中，基于GPS技术的地震监测台网在矿山地震灾害评估中发挥着重要的作用，它不仅可以准确定位地震发生的位置，而且能够地位矿山地震所引发的的煤矿塌陷。因此，地震监测台网有助于矿区的安全生产作业。
关键词：地震监测台网 矿山地震 灾害评估
中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）03-0286-01
近年来，我国矿山安全事故频发，主要是由矿山地震、瓦斯爆炸和媒体自燃引发的，给矿山施工作业人员的生命安全构成严重的威胁，甚至影响到了社会的稳定和经济社会的可持续发展。解决这些问题，需要做大量的工作。近年来，矿山地震监测、电磁波等应用取得了一定的进展。为了有效分析地震监测台网在矿山地震灾害评估中的应用，本文以大同市燕子山煤矿和老杨沟煤矿为例，展开具体的分析，主要分析了老杨沟煤矿顶板塌陷的基本参数等。
一、燕子山矿山地震灾区的地质情况
1.燕子山矿区的地质地貌情况分析
燕子山矿区位于吕梁山区的黄土丘陵地带，地势是东北低西南高，矿区的最高点位于震区的西南方向，海拔约1300米，而最低点则在震区的东北方向，其海拔高度是1225米。而老杨沟塌陷中心的海拔高位于两者之间，是1227米。
2.震区的含煤层和采空区
本震区的最主要的含煤层是侏罗系大同组，其有两部分组成，一部分是碎屑岩，一部分是煤层。该区煤层的平均厚度是9米左右，主采煤区分为两个地带，一个是四号地带，一个是八号地带。其中，四号地带的煤炭约在低下30处，煤层的厚度大约为1米，其顶板地质为细砂岩，底板的地质为砂页岩；该煤层的结构比较简单，煤层比较稳定。而八号地带的煤炭约在地下七八十米处，煤层厚度在1.5米到2米之间，一般煤层的厚度为1.6米；该煤层顶板的地质为中细砂岩，底板则为泥岩，煤层结构也比较的简单，其是本震区的主要采煤层。
二、GPS控制网的布置分析
1.由于要满足测区内矿体 1∶5000 比例尺地形测绘、井探工程测量、地质点坐标及其高程测量， 所以测区内布设 E 级 GPS 控制网作为首级控制以满足详查要求。为保证观测工作的顺利进行和测量成果的可靠性，GPS 控制点的选择和布网遵守下列原则：
1.1大部分GPS点直接布设到各个矿体内， 一些矿体GPS选点困难， 布点时也尽量靠近矿体。
1.2较大矿体布设两个或两个以上相互通视的GPS点。考虑测图需要， 可加密布设一些GPS点。较小矿体且相邻较近的几个小矿体布设两个或两个以上相互通视的GPS点。
1.3 GPS控制点尽量远离高压输电线路和大功率无线电发射源（ 如电视发射塔， 微波站等） ， 以减少对GPS 信号的干扰。
1.4GPS点位的选取以方便交通、便于使用和保存、以及点位基础坚实稳固为首选。由于矿区内都为岩溶地貌， 选择基础坚实的岩石， 刻凿 GPS 中心标志及编号， 以红油漆填涂， 以便GPS数据的保存和使用， 及节省GPS作业成本和时间。
1.5为便于全网整体观测， 整体平差， 提高精度，GPS 控制网采取三角网锁连接方式。
2.观测方法
在 GPS 观测前， 检查星历及图形强度因子 PDOP值， 当点位观测条件欠佳或 PDOP 值接近 6 以及同步边较长时， 适当延长观测时间， PDOP 急剧变化时， 停止数据记录， 待降到正常值时， 再进行观测， 这样就确保了基线向量的正确解和精度。每时段观测前后各量取天线高 1 次（ 量至毫米位数） ， 两次量取的天线高差不> 3mm， 并取其平均值作为最后天线高。开机后认真记录测量手簿， GPS 接收机开始采集数据后， 时刻注意接收机的工作状态， 如 PDOP、接收信号的类型和数量、存储容量、电池容量等， 发现异常及时处理。在接收机观测过程中， 禁止靠近接收机使用对讲机及手机， 雷雨季节注意防雷； 而且观测者不得离开测站， 防止人及其他物体震动、碰动天线或遮挡卫星信号。每日观测结束后， 及时将数据转存或备份， 确保观测数据不丢失。
三、燕子山煤矿矿山地震灾害评估及其成因的分析
1.燕子山煤矿矿山地震的灾害评估
根据实地调查结果显示，煤矿的采空区在燕子山的一处公路上，该位置的地理坐标为北纬40度5分28，东经11度56分22，与大同市地震监测台网监测到的塌陷位置基本吻合。此次塌陷所引发的的燕子山煤矿矿山地震的级别2.1级，震源深度也就是采空区的深度，仅仅80米而已。此次矿山地震对地面建筑物造成了严重的破坏。
在塌陷中心，产生了深度超过10米的地面沉降，公路和附近的铁路出现了不同程度的变形。此外，此次地震还使地面出现了裂缝，且裂缝的长度和深度都是罕见的。
2.老杨沟煤矿顶板塌陷的成因分析
在上文中，笔者指出了老杨沟顶板塌陷的地震基本参数。由此我们可以看出，其距离燕子山煤矿的距离非常近，因此，矿山地震发生时，老杨沟煤矿会遭到压缩气浪和地震的双重打击，从而使井巷遭到比较严重的破坏。笔者注意到，老杨沟煤矿的抗震设防烈度很低，此次矿山地震已经超出了它设防烈度，因此，在遭遇高强度矿山地震时，就会出现顶板塌陷的状况。
四、结语
综上所述，我们不难发现，利用地震监测台网和GPS技术确实可以定位矿山地震的具体位置，而且可以定位矿山地震所引起的塌陷的具体位置。因此，地震监测台网对矿山的安全生产起到了一定的作用。但又有地震监测台网的监测点比较稀疏，其主要功能也是监测大地震，因此，其对矿山地震的监测能力就大打折扣，定位的精确度也因此降低。不过，将地震监测台网等地球物理系统应用到矿山安全生产中，可以提高矿山安全生产的整体水平，对于实现矿山生产的信息化和智能化有着很好的推动作用。地球物理系统完全应用到矿山生产中，还任重而道远，需要做大量的工作。
参考文献
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