Vol.17 No.1 李玉等：冲击地压发生前微震活动时空变化的分形特征 .11· 的分维值· 1冲击前微震活动的时空变化 冲击地压的孕育过程实际上是在人工开采的影响下，煤岩体结构内部损伤裂纹或裂隙发 生与扩展的过程；而冲击的发生则是损伤裂纹或裂隙的失稳扩展与断裂的过程，从能量角度 讲，每1次微震活动都是煤岩结构体系中的1次能量释放，从而使体系达到重新平衡的过 程，然而，这一平衡很快就会被不断地开采活动所破坏，煤岩体内某一局部又形成新的能量 积聚，直至新的能量释放·因此，不断地开采话动使矿山井下煤岩结构体系形成“微震→ 平衡→再微震→再平衡……”的过程.这一过程本身已表明每1次微震活动之间必然存在 着某种联系，井下微震监测系统可以记录到这一不断进行的过程.而冲击地压发生前的微震 活动乃是人工开采与地质状况等诸因素的综合反映·因此，对于矿山，每一次微震的形成条 件可能不同，微震活动的规律也有所区别，发生冲击的前兆规律也应不是唯一的·尽管产生 冲击地压的因素很多、很复杂，但从冲击发生前的微震活动的时空变化来说，微震活动应该 能够反映当前和今后一段时间在某一范围以内的冲击危险趋势， 门头沟矿根据1986~1990年间的多次冲 击前的微震活动记录，分析归纳出该矿的冲击 地压前兆的微震活动规律，即 10T (1)微震活动的频度急剧增加；(2)在 一段微震平衡期后，微震频度急剧增加；(3) 103 微震总能量急剧增加；(4)平均微震能量急剧 品 增加；(5)爆破后微震活动恢复到爆破前微震 10 活动水平所需的时间增加. 103 图1为3231工作面区域1987年10月1 10-0110 20 30✉10 22 日至11月30日的微震活动时空分布图.该 日期 工作面10月份微震活动较稳定，地震的能 图13231工作面1987-10-01~11-30微震活动 级分布较均匀，基本在104J以下.进入11 时空分布图 月后，展动的频率和能级均有所增加，11月5 日和7日发生了两次大的震动，其中5日的震动造成工作面的部分破坏，从11月20日开始， 微展频度增加，能级渐升；22日在工作面发生了1次破坏性冲击. 2冲击前微震活动时空变化的分形分析 在时间序列中，每1次微震活动对应了时间序列中的某一点·则在某一时段内的时间序 列中所记录到的微震事件就构成了该序列的时间分布图象·每1次微震记录都代表了煤岩体 结构中的1次损伤裂纹失稳扩展或断裂·同理，微震事件的空间位置亦构成了一点集的空间 分布，测量冲击地压发生前某一时段内以及某一区域内微震事件变化的时空分维，就可以对V b l . 17 N 6 . 1 李 玉 等 : 冲击 地压发生 前微震 活 动时空 变化的分形 特征 的分维值 . 1 冲击前微震 活动 的时 空变化 冲击 地压 的孕 育过 程 实际 上是 在 人工 开采 的影 响下 , 煤岩 体结 构 内部损 伤裂 纹 或裂 隙 发 生 与扩展 的过 程 ; 而冲 击 的发 生则 是损 伤裂 纹 或 裂隙 的失 稳扩 展 与断裂 的过 程 . 从能量 角度 讲 , 每 1 次 微震 活动 都是 煤 岩结 构体 系 中 的 1 次 能量 释 放 , 从 而 使 体 系 达到 重新 平 衡 的 过 程 . 然而 , 这 一平 衡很 快 就会 被不 断地 开 采活 动 所破 坏 , 煤岩 体内某一 局部 又形 成新 的能量 积 聚 , 直 至新 的能 量释 放 . 因此 , 不 断地 开采 活 动使矿 山 井 下 煤 岩 结 构体 系 形 成 “ 微 震 ~ 平衡~ 再微 震~ 再 平衡 … … ” 的过 程 . 这 一过 程 本身 已表 明每 1 次微 震 活动 之 间必然 存 在 着某 种联 系 . 井下 微震 监测系 统可 以 记 录 到这 一 不断 进行 的过 程 . 而 冲击地 压 发生前 的微震 活 动乃是 人工 开采 与地 质 状况 等诸 因素 的综合反 映 . 因此 , 对于矿 山 , 每一 次微震 的形 成条 件 可能不 同 , 微震 活 动的规律 也有 所 区 别 , 发生 冲击 的前 兆规律也 应不 是唯 一 的 . 尽 管 产生 冲 击地 压的 因素很 多 、 很 复杂 , 但 从冲击 发 生前 的微 震活 动 的时 空变化 来说 , 微震 活动 应该 能 够反 映 当前 和今 后 一段 时 间在某 一 范 围以 内 的冲击 危 险趋 势 . 门头沟矿 根据 19 8 6 一 19 9 0 年间 的多 次 冲 击前 的微 震活 动记 录 , 分 析 归纳 出该 矿 的冲击 期30 日 0 内` 地 压前兆 的微 震 活动规律 ` , 即 ( l) 微 震 活 动 的 频 度 急 剧 增 加 ; ( 2 、 在 一 段微震 平衡 期后 , 微 震 频 度 急 剧 增 加 ; ( 3) 微 震总能量 急剧 增加 ; ( 4) 平 均微 震 能量 急剧 增 加 ; ( 5) 爆 破后 微 震活 动恢 复到 爆破 前 微震 活 动水平 所需 的时 间增加 . 图l 为 3 2 3 1 工 作 面 区 域 1 9 8 7 年 10 月 l 日至 n 月 30 日的 微 震 活 动 时空 分布 图 . 该 工 作 面 10 月 份 微 震 活 动 较 稳 定 , 地 震 的 能 级 分 布 较 均 匀 , 基 本在 10 4 ) 以 下 . 进 人 1 月后 , 震 动 的频率 和 能级 均有 所增 加 . H 月 5 10 , 1 1川 10 一 0 1 1 0 l 一 10 豆乏 图 1 32 31 工作面 1男7 一 10 一 01 一 n 一 刃 微屁活动 时空分布图 日和 7 日发生 了两次大 的震 动 , 其 中 5 日的震 动造 成工 作 面的部 分破 坏 . 从 1 月 20 日开 始 , 微 震 频 度 增 加 , 能级 渐 升 ; 2 日在 工 作 面 发 生 了 1 次 破坏 性冲 击 . 2 冲击前微震 活动 时 空变化 的分形 分 析 在 时 间序 列 中 , 每 1 次微 震 活 动对 应 了时 间序 列 中的某 一 点 . 则 在某 一 时段 内 的时 间 序 列 中所 记录到 的微 震 事件就构 成 了该 序列 的 时 间分布 图象 . 每 1 次微 震 记录 都代表 了煤岩 体 结 构 中的 1 次损 伤裂 纹 失稳 扩展 或 断裂 . 同理 , 微 震事 件 的空 间位置 亦 构成 了一 点集 的 空 间 分布 . 测量冲 击 地压 发生 前某 一 时段 内以 及某 一 区 域 内微 震事 件 变化 的时 空分 维 , 就 可 以对