1.一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，确定矿井所在区域全地层中的各高位厚硬岩层数量和空间位置

S1‑1调研全地层中各岩层厚度、岩性以及层位顺序；

S1‑2测量并计算矿井所在区域全地层中的各岩层工程地质参数，所述工程地质参数包括：单层厚度在60m以上的各岩层与煤层之间的垂直距离Hn，各岩层的极限抗拉强度σtn，各岩层的硬度系数fn，各岩层的弹性模量En、岩层的泊松比νn和最大挠度wn；全地层岩层平均容重γ，单层厚度大于60m的各岩层处的原岩应力σ1n、σ2n、σ3n；回采工作面的岩层综合破断角α和煤层埋深以及工作面斜长Sl；

S1‑3根据S1‑2计算的全地层中各岩层工程地质参数，确定高位厚硬岩层数量以及排布情况，具体为：距离煤层150m以上，且岩层综合评分值Fn＞80的岩层判定为能够产生大能量强矿震的高位厚硬岩层；

S2，根据步骤S1中获取的工程地质参数计算各高位厚硬岩层破断时的跨距Ldn和各高位厚硬岩层破断时对应的工作面回采距离Lcn，并根据矿井所在区域的煤层埋深和实验室实际空间条件，确定实验模型相似比k，依据相似比k，计算实验模型的震源位置到开挖起始位置的距离x0n，以及此时所对应的开挖距离Lwn；

S3，计算得出高位厚硬岩层破断的真实能量EDn；以及

利用强震触发装置产生震源能量，强震触发装置中使用的震源能量为微型CO2引爆装置，计算矿井所在区域的实际高位厚硬岩层破断产生的能量EDn与强震触发装置的CO2引爆装置释放的等效能量Egn间的等量关系；

S4，进行实验模型的铺设，在能够调节高度的框架内铺设高位厚硬岩层模拟块，按照地层顺序由下至上进行铺设，在铺设高位厚硬岩层模拟块的过程中，根据步骤S2中计算得出的实验模型的震源位置到开挖起始位置的距离x0n，在地层对应的位置埋设所述强矿震触发装置；实验模型铺设完成后，保证框架高出地层至少20cm；在实验模型最底部或前侧设置井下监测系统，用以监测强矿震发生时对井下建筑物的相关影响；在实验模型最上方设置地表建筑模型，在高于所述地表建筑模型10cm位置处设置地表监测系统；

S5，模拟强矿震触发过程：

a.模拟工作面煤层回采，并在当开挖至接近高位厚硬岩层破断开挖距离Lwn或nLwn时，放慢开挖速度，所述强矿震触发装置作业并引发大能量强矿震现象；

b.继续开挖，直至煤层开挖完成，当进行一次强矿震触发模拟后，继续开挖，使得高位厚硬岩层发生下一次破断触发大能量强矿震，从而进行多次大能量强矿震模拟；

c.井下监测系统和地表监测系统，获取井下围岩微观变形及破裂信息、开采位置的残余能量强度信息和地表三个相互垂直方向上的振动速度信息，用于分析实际矿井所在区域的强矿震影响。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的方法，其特征在于，所述高位厚硬岩层的综合评分值主要由极限抗拉强度σtn、硬度系数fn、岩层厚度hn三个参数及其所占权重综合得出，具体判定方法为：①将权重因子极限抗拉强度σtn、硬度系数fn、岩层厚度hn组成矩阵A

②将极限抗拉强度σtn、硬度系数fn、岩层厚度hn三个参数评分组成矩阵B③则岩层三类参数的最终得分Fn为：

矩阵A中，参数σtn、fn、hn所占权重分别为α＝0.5、β＝0.2、γ＝0.3；

矩阵B中，参数σtn、fn、hn的评分值通过表1得出；

表1

岩层综合评分值Fn＞80即判定为能产生大能量强矿震的高位厚硬岩层，反之，则其不属于高位厚硬岩层；根据判定结果，按距离煤层由近及远分别记地层中的多个厚硬岩层的厚度依次为h1、h1……hn。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的方法，其特征在于，所述高位厚硬岩层破断的真实能量EDn计算公式如下：EDn＝kdn·(Etn+Esn)

式中：EDn为高位厚硬岩层破断的真实能量，单位/J；kdn为岩体开挖引起的应力转移系数，取1.0～1.1；Etn为岩体内三向应力下积聚的弹性能，单位/J；Esn为高位厚硬岩层破断回转时产生的势能，单位/J；

所述岩体内三向应力下积聚的弹性能Etn按下式计算：

式中：ξ为弹性能积聚参数，取100；σ1n、σ2n、σ3n分别为岩体中的三个主应力，单位/MPa；νn为岩体的泊松比；En为弹性模量，单位/GPa；

所述高位厚硬岩层回转破断时产生的势能Esn按下式计算：

Esn＝q·hn·Ldn·Sl·γ·Δhn

Δhn＝wn

‑3

式中：q为有效势能系数，取0.5×10 ；hn、Ldn、Sl分别为高位厚硬岩层的厚度、破断长度3

以及工作面斜长，单位均为/m；γ为地层平均容重，单位kN/m ；Δhn为等效下沉量，单位/m；

wn为对应岩层的最大扰度值。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的方法，其特征在于，所述高位厚硬岩层破断的真实能量EDn与强震触发装置的CO2引爆装置释放的等效能量Egn间的等量关系如下：式中：EDn为高位厚硬岩层破断的真实能量，单位/J；k为实验模型相似比；Egn为CO2引爆装置释放的等效能量，单位/J；η为强矿震触发装置的整体能量利用率，取0.85；

强矿震触发装置内CO2气体压力峰值按下式计算：

式中：Pgn为气体爆破压力峰值，单位/Pa；ζ为强矿震触发装置所用致裂管与标准CO2致裂管之间的转换系数，通常取0.76～0.95；Rn为泄放孔半径，单位/mm；σs为剪切片材料的抗剪强度，取370MPa；δn为剪切片厚度，单位/mm；

CO2的体积用量计算式为：

3

式中：Vn为CO2用量体积，单位/m ；kv为能量密度系数，取0.1；Egn为CO2引爆装置释放的等效能量，单位/J；Pgn为气体爆破压力，单位/Pa；P0为标准大气压力，取0.1013MPa；K为CO2绝热系数，取1.295。

5.一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，包括

框架，所述框架能够调节高度，用于模拟矿井开采工作面的高位硬厚岩层分布结构；

强矿震触发装置，所述强矿震触发装置安装在所述框架的适合位置；所述强矿震触发装置包括致裂管、强震触发装置、泄压阀和触发机构，所述强震触发装置固定安装在所述致裂管内部，所述泄压阀设置在所述致裂管内部，所述触发机构固定安装在所述致裂管外部；

所述强震触发装置包括壳体、阻断挡块和剪切片；所述壳体两端开口，所述壳体的顶端由安全薄膜密封，底端安装有阻断挡块，所述阻断挡块为空心结构；所述壳体的中部设置有一圈环状凸缘，所述环状凸缘与阻断挡块之间安装有剪切片；所述安全薄膜、剪切片和所述壳体组成腔室，所述腔室用于存储液态CO2；

所述致裂管内部设有致裂管挡块，所述致裂管挡块位于所述强震触发装置正下方，相对所述阻断挡块设置，所述致裂管挡块与所述阻断挡块组成泄压阀，所述泄压阀为所述液态CO2提供气化后的高压冲击波排出通道；

所述触发机构用于感应应力变化并触发所述强震触发装置作业，所述强震触发装置作业提供震源能量，所述震源能量通过所述泄压阀冲击并破坏所述致裂管，从而使所述强矿震触发装置作业并向周围环境提供震源能量；

地表建筑模型，所述地表建筑模型安装于所述框架顶端；和震动波响应监测装置，所述震动波响应监测装置包括，地表监测系统，所述地表监测系统安装于框架上方且高于所述地表建筑模型的安装高度，用以监测大能量强矿震对地表建筑的影响；和井下监测系统，所述井下监测系统安装在框架的最底部或前侧，用以监测强矿震发生时对井下建筑物的相关影响。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述井下监测主要由声发射装置及微震监测装置组成，声发射装置用于检测由强矿震引起的井下围岩微观变形及破裂；微震监测系统用于监测由震源位置产生的矿震在经过围岩相互作用和能量衰减后，传递至开采位置的残余能量强度。

7.根据权利要求5所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述地表监测系统主要由爆破震动仪组成，包括三向振动传感器和信号采集仪，能够自动记录和分析3个相互垂直方向上的振动速度。

8.根据权利要求5所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述触发机构安装在所述安全薄膜上方，所述触发机构包括电阻式应力传感器、传导线和电信号控制阀，所述电信号控制阀贴合所述安全薄膜安装，与所述电阻式应力传感器通过所述传导线连接。

9.根据权利要求5所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述框架包括两个底座，所述底座上安装有能够加高的纵向支撑部件，所述纵向支撑部件的之间由底梁连接固定，所述纵向支撑部件由下至上安装有相互平行设置的前梁和后梁，所述前梁和后梁分别安装于纵向支撑部件的前、后侧面，前梁和后梁以及纵向支撑部件之间形成能够铺设高位厚硬岩层模拟块的空间，所述纵向支撑部件的高度以及前梁和后梁的数量能够根据高位厚硬岩层模拟块铺设的厚度进行调节；在所述高位厚硬岩层模拟块内部安装强矿震触发装置。

10.根据权利要求9所述的一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述纵向支撑部件包括多个结构单元，所述结构单元通过螺栓连接叠落安装，通过增加所述结构单元的叠落数量来改变所述纵向支撑部件相对于所述底座的高度，从而使所述装置满足实验的高度要求。

11.根据权利要求5所述一种煤矿矿震产生及其震动波响应监测的装置，其特征在于，所述强矿震触发装置至少安装3个，安装的位置为x0n－δ，x0n，x0n+δ，其中δ取5～10cm。