1彈性波觀測的理論基礎

彈性波觀測法是一種觀測由人工激發的彈性波或接受煤巖破裂的聲發射在巖土中的傳播特征，獲取巖土的地震學或聲學參數的變化規律，以研究、評價勘察場地的工程地質、水文地質條件的工程地球物理勘探方法。

（1）彈性波觀測的基本原理。彈性介質中質點間存在著相互作用的彈性力，某一質點因受到擾動或外力的作用而離開平衡位置后，彈性恢復力使該質點發生振動，從而引起周圍質點的位移和振動，于是振動就在彈性介質中傳播，并伴隨有能量的傳遞。彈性波的傳播速度與介質的彈性常數及密度直接有關�，F場觀測中，如能激發彈性波或接受煤巖破裂的聲發射，并測出彈性波在巖體的傳播速度，就能利用波速公式轉求巖體的彈性常數，這就是彈性波觀測的基本原理。

（2）彈性波在巖體中的傳播規律�，F場和實驗室研究的證明。彈性波在巖體中的傳播速度，與巖體的種類、巖質、孔隙率、密度、彈性常數、抗壓強度、應力狀態以及斷層和破碎帶等都有一定的關系。一般說來，有如下規律：①堅硬的巖體傳播速度較快，軟的巖體傳播速度慢；②裂隙不發育和風化程度低的巖體，傳播速度較快，反之傳播速度較慢；③孔隙率小、密度大、彈性常數大的巖體，傳播速度較快；反之傳播速度較慢；④抗壓強度大的巖體傳播速度較快；反之傳播速度較慢；⑤斷層和破碎帶少或規模小的巖體傳播速度較快；反之，傳播速度較慢；⑥在壓應力方向上傳播速度較快；在垂直于壓力的方向上傳播速度較慢。根據彈性波在巖體中的傳播特性，可以鑒別巖體的物理力學性質、受力狀態、完整程度等。

2彈性波觀測法在采礦地質中的應用

目前，對于采礦過程中動力現象的研究主要集中在現場預測預報與治理。由于井下動力現象的隨機性、突發性以及破壞形式的多樣性，使得預測預報工作變得非常復雜，預測的準確性受到很大的影響。信息技術、數字技術的快速發展及地震學在礦山沖擊礦壓研究領域日益廣泛應用，極大地推動了彈性波觀測法在地下采礦中的應用。

（1）采礦微震法。采礦微震法主要是記錄礦山震動，對其進行有目的的解釋。分析和利用這些記錄的信息，對礦山動力危險，如沖擊礦壓、煤與瓦斯突出進行預測和預報�？偟膩碚f，震動現象是由于礦山開采使巖層產生應力應變過程的動力現象，具有如下特征：①地震波的震動頻率隨巖層斷裂縫尺寸的增加而下降；②地震波的阻尼當震動頻率增加時會增大；③隨著震動能量的增加，震動數量按對數下降。利用微震監測系統，通過在空間上不同方位設置微震拾震器，對微震事件進行實時監測，記錄和分析震動的地震圖，進行震源定位，確定各種震動參數，以此為基礎判斷推理煤巖體應力狀態及破壞情況，并根據微震活動的變化、震源方位和活動趨勢來評價和預測沖擊礦壓危險。

（2）采礦聲發射法。聲發射法就是以脈沖形式記錄弱的、低能量的地音現象。其主要特性是振動頻率從幾十到至少2000Hz或更高；能量低于10 ²J，下限不定；振動范圍從幾到大約200m。聲發射研究的機理在于煤巖體是一種非均質體，其中存在各種微裂隙、孔隙等，以致煤巖體在受外力作用時就會在這些缺陷部位產生應力集中，發生突發性破裂，使積聚在煤巖體中的能量得以釋放，且以彈性波的形式向外傳播。采礦聲發射方法主要用來確定正在掘進的巷道或正在開采的回采工作面的沖擊礦壓危險，即：確定采礦巷道或煤層部分的沖擊礦壓危險狀態；連續監測沖擊礦壓危險狀態的變化；沖擊礦壓防治措施的評價及其效果的控制。

（3）采礦聲波法。采礦聲波法主要集中在研究與采礦作業引起的礦山動力現象，確定巖體的物理力學參數，提前認識礦床構造點等問題。采用聲波的特點是聲波研究的非破壞性、從較大范圍的巖體內直接獲得信息。其所用頻率為幾十到2000Hz。根據采礦地質條件及研究目的，采礦聲波方法有以下幾種測量方式：①采礦巷道中的聲波剖面法；②巷道之間的聲波透視法；③鉆孔中的聲波剖面法；④鉆孔之間的聲波透視法。

3彈性波觀測法的發展前景

彈性波觀測法所能夠解決的地質問題已從當初的構造探測，發展到下組煤勘探、陷落柱、沖刷帶探測、“三帶”、煤與瓦斯突出監測和獨頭巷道超前探測等范疇，并已取得了不少成功的實例。但是，由于煤礦井下地質條件的復雜性，還存在著許多不足之處，主要體現在以下幾個方面。

（1）基礎研究比較薄弱。煤礦井下的地震波場非常復雜，不能將地面成熟的方法技術不加任何改造而簡單地直接“移植”到井下，而需要開展大量的數學、物理模型正演模擬和分析工作，為今后開展的煤礦井下地震勘探數據采集、處理與解釋提供依據。

（2）煤礦井下地震信號的信噪比較低、波場復雜，需要開發針對煤礦井下的地震采集系統和特殊處理軟件，以便于井下地震數據采集、信噪分離和準確成像。

（3）聲發射技術的發展離不開聲發射儀器的發展，聲發射信號的分析與處理方法、能力還不能有效除噪、分頻，進一步限制了AE技術的應用，尋找排除噪聲的新方法和研究缺陷有害度評估的新方法，從而研制出適合于嚴重噪聲環境下應用的新儀器，研制排除噪聲干擾應用的新型聲發射監測儀器更是有待解決的難題。

（4）煤礦井下地質勘探的儀器必須符合防爆要求，同時要盡可能輕便。采用成熟的新技術新工藝，用于煤礦探測儀器的生產，從硬件上保障煤礦井下地質勘探工作的開展。