０引言
纵览全球矿业开发趋势，南非地区的Ｔａｕ－Ｔｏｎａ金矿、ＥａｓｔＲａｎｄ金矿、Ｍｐｏｎｅｎｇ金矿、加拿大魁北克省Ｒｏｕｙｎ－Ｎｏｒａｎｄａ东部的Ａｇｎｉｃｏ－Ｅａ－ｇｌｅ＇ｓＬａＲｏｎｄｅ矿的３号井、澳大利亚昆士兰州ＭｏｕｎｔＩｓａ的硬岩矿、印度Ｋｏｌａｒ金矿、瑞典Ｋｒｉｓ－ｔｉｎｅｂｅｒｇ矿等采深均在千米以上；国内的辽宁红透山铜矿、安徽冬瓜山铜矿、吉林夹皮沟金矿、河南灵宝崟鑫金矿等开拓或开采深度已进入千米以上［１］。因此，随着全球经济的发展，可以预计未来会有越来越多的矿山进入深部地层开采。
１矿山深部工程定义及力学特性
深部工程以硬岩发生软化的深度为界限，超过该界限深度的地下工程则视为深部工程，分为绝对深部工程和相对深部工程［２］，绝对深部工程以开采深度为界定标准，一般指深度在１０００～１５００ｍ的开采工程；相对深部工程是以出现岩爆、岩体大变形、瓦斯突出等工程灾害现象为界定标准。深部工程处在高地应力、高地温、高水压力等综合作用下，与浅部工程主应力不同，有的深部工程以板块构造残余应力为主应力。由于岩体处于复杂力学状态，岩体动力响应通常具有突变性，流变特性增强，岩体呈脆性—延性转化等性质［２～４］，因此不能简单的划分为塑性区、弹性区及原岩应力区，也不能简单地套用现有的弹塑性力学理论对其进行分析讨论。
２岩体稳定性研究现状
目前岩体稳定性理论和定量分析方法主要有解析法和数值法。解析法包括积分变换法、积分方程法、分离变量法、变分法及复变函数法等。数值法主要有有限元法、边界元法、离散单元法、关键块理论、ＤＤＡ方法、ＦＬＡＣ方法、块体单元法、块体－弹簧元分析法等，但是数值分析模型在基础理论依据方面比较薄弱，对工程类比和经验的依赖较大。围岩稳定性判别方面，目前大致分为围岩强度判据、围岩变形量或变形率判据、变形速率比值判据、静力法判据、干扰能量判据、超变形判据、熵突变判据等［５］。各种判据有一定的适用范围和限制，对围岩控制研究有一定的积极意义，但未能从围岩失稳机制上揭示围岩状态变化过程，以及围岩体本身结构演化及其在外部扰动条件下的动态演变过程中如何判断围岩的稳定状态。
３深部岩体稳定性监测技术
目前围岩稳定性分析主要存在基础理论不成熟，缺乏适用的稳定性理论和定量分析方法，失稳判据难以确定等问题，且由于深部开采岩体工程的复杂力学特性，因此在深部工程灾害防治方面尚无良方。而微地震监测技术从上世纪４０年代起，国外就开始应用其来探测冲击地压、从事岩石力学方面的基础应用及工程实际应用、采矿诱发的微地震监测研究等，在油气藏勘探开发方面应用较为广泛。国内周胜建等将微震监测系统用于巷道掘进地质异常区域划分，用以指导支护［６］；窦林名等提出了微震监测能量释放率、能量密度的概念和计算方法［７］；夏永学等采用微震和地音监测技术结合用于冲击危险性综合评价［８］；另外以姜福兴博士为首的微震研究团队开展了微震技术研发及应用，并在煤矿安全管理应用方面取得了较好的效果；自２００５年以来，澳大利亚联邦科学与工业研究院与西南科技大学合作，开展微震监测技术研发及其在水电工程地下硐室围岩稳定性的监测，地下煤矿气化工程中的岩石热破裂监测等应用研究，开展了四川锦屏一级水电站水工隧道及部分煤矿微地震监测实践等。由此可见，微地震技术在理论研究、技术研发、工程应用等方面具备了一定的基础，且其具有远程、实时、动态监测的特点，非常适合深部采矿活动时的岩体稳定性监测，因此，以微震监测技术为基础，可以从微震监测系统研究和微震事件特征及失稳预警研究两个方面探讨深部岩体稳定性监测技术。３．１微震监测系统研究微震监测系统一般由主机、数据采集仪、传感器、数据处理软件等组成，现有的系统集成化程度还不够高，传感器及数据处理技术等还需进一步研究。３．１．１传感器传感器也叫检波器，是获取微震信号的最基本单元，是进行岩体稳定性监测的基础。目前常见的微地震传感器是ＭＥＭＳ地震传感器，而对具有宽频带、动态范围大、稳定性高等特点的电化学换能器、光学传感器的研究开发力度不够，此外光学传感器还具有抗电磁干扰和原子辐射能力、耐高温、耐腐蚀，能适应极端恶劣环境，非常适合深部岩体工程的特点，将会是未来深部岩体工程微震监测研究的重点之一。此外，现有微震信号传输均采用有线传输为主，长距离深井巷道信号线缆的安装、维护均困难，且成本高，不利于该项技术的发展和应用，因此还需加大无线传感器及数据传输技术的研发力度。３．１．２速度计算模型地震波速度参数贯穿于地震数据采集、处理和解释整个过程，是实现岩体稳定性监测和灾害预警预报的重要参数。深部采矿诱发的微震信号，由于要穿过更深的地层，地质结构更复杂，影响因素更多，而速度计算模型的好坏直接影响地震定位精度，而速度模型的计算速度和定位精度则直接影响到微地震监测的质量和效率，所以需要研究一种既快速，又准确的适宜地区特点的速度计算模型，并能在前期工程勘探成果的基础上构建三维地质地形模型，使模型更接近真实地质情况，减小误差，提高计算速度和定位精度。３．１．３自动化数据处理技术微震信号又常常与大量干扰信息一起被传感器记录，有用信号容易被掩盖或误判。数据处理通常采用人工筛选、分析的方式，缺点是劳动强度大、效率低、易受人为因素影响，限制了该项技术的应用体验和使用效果，因此，亟需研究数据自动化处理技术，使数据采集仪实现自动将微震信号从复杂的波形中分离、提取、分类识别及基础数据处理功能，实现自动计算微震发生时刻、强度、空间位置、尺度及震源机制等，以利于推断岩体破坏程度，破坏原因等，实时分析破裂、变形发展趋势。３．１．４一体化监测系统微震监测系统应用范围广，除可用于油气藏勘探、矿山工程系统等，还可用于坝体稳定性监测、工程开挖、爆破等方面。但现有微震监测系统多数为数据采集与记录、分析处理分离的方式，野外工作便携性差。因此，需要开发高度集成、智能化高、体积小、轻量化，集数据采集、处理分析等多功能一体化的微震监测系统。３．２微震事件特征库及失稳预警研究深部岩体失稳灾害具有突变性，岩体流变特性增强以及从脆性向延性转变等，因此岩体在此类过程中积聚或释放能量的特性与普通浅部工程势必不同。由于开采深度大，有可能跨过多种类型的岩层，不同类型岩体性质不同，其发生微震的模式不同；即使同种岩体在不同应力、开挖方式等条件下发生微震的模式亦不同。因此，应开展两个方面的微震事件特征研究，以避免深部岩体工程稳定性尚未研究彻底带来的各种弊端。一是相同条件下不同类型岩体微震事件特征，掌握不同类型岩石在全应力应变过程中的微震特征规律；二是不同类型灾害的微震产生、发展演变规律。另外在微震监测实践过程中要不断积累各种微震特征，并在有条件的情况下开展实验室条件下的模拟监测、印证等工作，丰富事件特征库，完善灾害发展趋势的微震规律。微震事件特征库是在当前深部岩体稳定性理论及判据研究不成熟的前提下，开展岩体失稳灾害预警预报工作的基础，在掌握以上两个方面内容后开展岩体失稳监测等工作。虽然井下生产、应力环境复杂，导致岩体失稳的因素众多，但都能归结为微震活动性这一指标，通过对某一区域微震事件发震时刻、频率、空间位置、尺度、震源机制等综合分析，确定导致岩体失稳的主因，进而再与微震事件特征库对比确定可能产生的灾害类型，影响范围，与矿山的应急救援预案等衔接起来，形成失稳灾害预警预报，应急响应联动的事故预警及灾害救援体系。
４结语
近年来矿业生产安全形势虽有所好转，但仍然严峻。随着开采深度增加，井巷工程所处应力环境愈加复杂，安全管理难度加大，尤其是深部开采的岩体力学特性复杂，岩体稳定性分析理论和失稳判据不成熟，导致深部地下工程岩体稳定性监控量测、灾害预警预报工作难以取得重大突破。因此深部岩体稳定性研究逐渐引起广大学者的关注，虽然取得了一些可喜的研究成果，但未能从根本上解决岩体工程失稳灾害的预警预报工作，矿业生产安全形势仍不容乐观。微地震监测技术在理论研究、技术研发及服务、工程应用背景等方面具备了一定的基础，具有远程、实时、动态监测等特点，能为目前深部岩体稳定性分析、致灾机理及失稳判断准则尚未研究清楚的情况下，提供新的技术和研究方向。同时将先进信息技术与岩体工程技术紧密结合起来，研究灾害监测、预警预报方法，探索灾害发生机制，为保障生产安全以及矿业可持续发展，提高矿山安全管理水平，预防和减少事故损失具有重要意义。
作者：周训兵 蔡立勇 单位：贵州省劳动保护科学技术研究院 贵州煤矿矿用安全产品检验中心
