。在国外,它已使矿山微破裂发展的监测从“难以实现的奢望”转变为采矿过程的一个有机组成部分,成为矿山开采诱发动力灾害监测的主要技术手段。实现矿山动力灾害预测的可能性的另一个重要因素则是矿山整体结构应力场分析的大规模科学计算技术的发展。大规模数值计算技术在国民经济建设中的作用,已普遍地为人们所共识。从传统科学与工程领域如航空航天、地震预报、天气与气候预测、大型水利建设和石油地质勘探,到大型基因组测试、新药设计和新材料合成等新兴科学研究领域,无处不需要大规模数值试验和科学计算。由于矿山动力灾害问题所涉及的因素多且复杂、规模巨大,仅仅依靠现有的数值计算方法和分析工具,很难开展高水平的分析预报工作。随着我国矿山动力灾害事故的日益严峻,在矿山动力灾害分析预报中,与现场微震监测紧密结合,运用大规模科学计算技术来分析复杂应力场的分布,实现矿山动力灾害诱发机理及其分析预测预报,无疑将是一条有效的途径。 4.基于微震监测与应力计算技术的矿山动力灾害分析预报系统 4.1基本思路 基于微破裂是冲击地压、突水、煤与瓦斯突出等矿山动力灾害共性特征的基本认识,从探索动力灾害孕育的内在动因和前兆规律入手,通过微震监测和应力场分析大规律科学计算,揭示采动应力场与微震活动性之间的时空内在联系,发展微破裂过程中的多场耦合分析理论,突破传统数值计算方法在非均匀、非连续介质破裂过程分析中的局限性,建立基于细观统计损伤力学原理的煤岩破裂及矿山动力灾害数值分析的新方法,为建立具有可操作性的矿山动力灾害分析预报方法奠定科学基础。 4.2技术途径 基于“开采扰动应力场诱发微震活动性是矿山动力灾害前兆共性本质特征”这一学术思路,围绕矿山动力灾害孕育的“地质背景、演化机理、仿真预报方法”三个关键科学问题,依托示范工程,采用地质构造逐级控制理论、地球物理学理论、多物理过程耦合力学理论、大规模并行计算科学等理论和现代测量技术、信息技术和控制技术手段,在深层次上对采动过程高应力区逐级地质构造背景特征、灾害微震活动前兆信息和大规模多场耦合数值仿真结果进行综合反演,揭示预报矿山动力灾害前兆规律,为建立矿山动力灾害预测模型和预报系统奠定理论基础。具体的技术途径如下: (1)矿山动力灾害构造背景控制特征:运用板块和区域构造理论,通过构造演化分析,结合先进的探测技术手段,查明深部含瓦斯煤体、含水岩体应力应变特征、分布规律和煤与瓦斯突出、矿井突水前兆控制因素。从而达到有目的设立微震监测网,为实现矿山动力灾害中、长期预报奠定基础。 (2)矿山动力灾害微震活动前兆规律和失稳模式:提出开采诱发煤岩体渐进破裂诱发失稳的突变模型,探讨原岩及其扰动条件下背景应力场积累、释放、转移的基本规律,建立背景应力场演化与微震活动性的关系,揭示矿山动力灾害孕育过程中的微震活动时空演化规律,探寻岩爆、煤与瓦斯突出、突水等矿山动力灾害的微震前兆信息和失稳模式,为建立短临和临震预报模型提供理论依据。 (3)矿山动力灾害监测预报示范基地:依托实例工程,建立微震监测试验基地,形成矿山微震数据采集系统,并通过网络技术将现场数据向数据处理中心进行实时远距离传送,实现对煤矿井工作面微震活动进行24小时连续监测,获取大量的微震活动性时空分布数字化记录,并实现将微震监测的结果(输出)作为修正模型的原始数据(输入),使分析模型能够依据现场变化动态调整,实现分析预报系统的初步运转,为在我国实施矿山动力灾害