一種巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于礦山安全領(lǐng)域，涉及一種采用微震監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)識別的方法。其特征是在開挖巖體確定監(jiān)測區(qū)域，并進(jìn)行編號，安裝微震監(jiān)測系統(tǒng)并實(shí)時監(jiān)測，然后繪制出微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖，掌握微震事件活動率和累計(jì)視體積隨時間的變化情況，對巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行識別。該方法施工簡單、效果良好，具有較高的可靠性和預(yù)警準(zhǔn)確度，縮短了巖體破壞失穩(wěn)預(yù)警的時間，改善了施工安全環(huán)境，避免了人員設(shè)備損失。本發(fā)明適用于巖體開挖的礦山、隧道、邊坡及水電站硐室等領(lǐng)域。
【專利說明】一種巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山安全領(lǐng)域，涉及一種采用微震監(jiān)測系統(tǒng)通過微震事件活動率和累計(jì)視體積監(jiān)測實(shí)現(xiàn)巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別方法，適用于深部硬巖礦山開采巖
爆災(zāi)害預(yù)警。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地表淺部礦產(chǎn)資源的日益枯竭，礦山開采深度不斷增大。隨著開采深度和地下特大采空區(qū)的增加，深井開采巖爆災(zāi)害誘發(fā)的可能性和頻度、強(qiáng)度將同步增加。巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警是一種巖體在開挖過程中，隨著回采工作面的推進(jìn)，掌握巖體破裂失穩(wěn)微震事件活動率及累計(jì)視體積變化規(guī)律，從而達(dá)到災(zāi)害預(yù)警的目的。
[0003]深井開采微震監(jiān)測技術(shù)在國內(nèi)還沒有廣泛應(yīng)用，并且在巖爆災(zāi)害預(yù)警方面也還不成熟，這些問題已成為制約深井開采巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測技術(shù)快速推廣應(yīng)用的瓶頸。
[0004]鑒于上述巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警方法的不足，需要一種新的巖爆災(zāi)害預(yù)警識別方法，即方法簡單、判別速度快、效果好，又能準(zhǔn)確判斷巖體發(fā)生巖爆災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警，同時還具有較好的普適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對礦山安全、公路鐵路交通隧道和水利水電硐室等工程中巖爆預(yù)警效果差、容易產(chǎn)生錯誤的預(yù)警結(jié)論等問題，提出了采用微震監(jiān)測系統(tǒng)通過微震事件活動率和累計(jì)視體積監(jiān)測實(shí)現(xiàn)巖爆災(zāi)害預(yù)警的一種方法，不但方法簡單，而且大大提高了巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警的準(zhǔn)確性。
[0006]一種巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警識別的方法，其特征在于:
[0007](I)本發(fā)明所采用的微震監(jiān)測系統(tǒng)由地表監(jiān)測站、井下數(shù)據(jù)交換中心、數(shù)據(jù)采集儀和傳感器四大部分組成。
[0008](2)本發(fā)明所采用的微震監(jiān)測系統(tǒng)分為地表和地下兩大部分，首先根據(jù)采礦工程的開拓采準(zhǔn)巷道布置，初步選擇基本的監(jiān)測范圍，然后在此監(jiān)測范圍內(nèi)，合理布置傳感器，對傳感器的位置進(jìn)行優(yōu)化分析，確保目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)滿足要求，并使監(jiān)測范圍達(dá)到最大值。地表監(jiān)測站設(shè)在礦山工業(yè)廣場內(nèi)，井下數(shù)據(jù)交換中心布置在井下較為穩(wěn)固的巖層硐室中，傳感器陣列布置在監(jiān)測區(qū)的圍巖巖體內(nèi)。傳感器接收到原始的微震信號以后將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，通過電纜發(fā)送到微震監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀所采集的模擬信號通過電纜與井下數(shù)據(jù)交換中心相連，數(shù)據(jù)交換中心將此模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并通過光纜傳輸至地表監(jiān)測站的計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件便可以對微震信號進(jìn)行多方面的處理，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域巖體微震事件活動率C和累計(jì)視體積的分析，并可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)時顯示。
[0009](3)本發(fā)明所敘述的微震事件活動率C作為一個重要的微震監(jiān)測參數(shù)，表示單位時間的微震事件數(shù)。微震事件活動率反映了巖體內(nèi)微裂紋的擴(kuò)展變化趨勢，表現(xiàn)了微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展速度，巖體微震事件活動率在不同應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)出不同的變化特征。視體積VA是量測震源體積(巖體內(nèi)發(fā)生同震非彈性變形的體積)的參數(shù)，它具有標(biāo)量的性質(zhì)。對微震事件活動性分析時，累計(jì)視體積Σ Va隨時間變化曲線的斜率值被認(rèn)為是表示巖體應(yīng)變速率的重要指標(biāo)。
[0010](4)預(yù)警識別過程如下:
[0011]I)按照所要監(jiān)測的區(qū)域合理布置傳感器；
[0012]2)按照設(shè)計(jì)鋪設(shè)電纜使傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連；
[0013]3)考慮井下條件合理布置數(shù)據(jù)交換中心并將其通過電纜與數(shù)據(jù)采集儀相連，通過光纜將信號數(shù)據(jù)交換中心傳輸至地表監(jiān)測站；
[0014]4)通過地表監(jiān)測站計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件便可以對微震信號進(jìn)行多方面的處理，繪制出微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域巖體微震事件活動率C和累計(jì)視體積Σ Va的分析；
[0015]5)根據(jù)微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖的變化進(jìn)行預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)識另O。巖體在受壓一段時間后進(jìn)入塑性區(qū)服階段，當(dāng)巖體受力進(jìn)入屈服點(diǎn)后內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂隙，出現(xiàn)擴(kuò)容現(xiàn)象，微震事件活動率急劇增加，微震活動增強(qiáng)。在接近峰值強(qiáng)度時，巖石快速進(jìn)入擴(kuò)容階段，微震事件出現(xiàn)一個明顯的相對平靜期，在峰值強(qiáng)度時又出現(xiàn)微震事件大量急劇增加，巖體破裂，體積急劇增大。巖體在快速進(jìn)入相對平靜期后趨于破壞。因此，巖體在進(jìn)入微震事件相對平靜期起始點(diǎn)可作為巖爆災(zāi)害發(fā)生的預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)，累計(jì)視體積的突然增大體現(xiàn)了巖體開挖導(dǎo)致圍巖發(fā)生巖爆災(zāi)害的前兆信息。采用微震事件活動率出現(xiàn)的相對平靜期預(yù)警巖爆災(zāi)害的方法，與傳統(tǒng)預(yù)警方法不同表現(xiàn)在下述幾個方面:
[0016](I)本發(fā)明方法具有高可靠度，與傳統(tǒng)的巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警點(diǎn)識別方法相比，微震監(jiān)測系統(tǒng)采用高精度測量技術(shù)，可監(jiān)測并定位小到-3級左右的微震，震源定位精度小于8m ；
[0017](2)本發(fā)明采用的微震監(jiān)測系統(tǒng)具有動態(tài)、三維、實(shí)時監(jiān)測的特點(diǎn)，還可根據(jù)震源情況確定破裂尺度和性質(zhì)，可以給出煤巖體破壞的時間、位置并使災(zāi)害提前預(yù)報(bào)。因此，技術(shù)和管理人員可以有較為充足的時間采取措施，避免或極大限度地降低生命和財(cái)產(chǎn)損失。
[0018](3)本發(fā)明適用于礦山巖體破裂失穩(wěn)發(fā)生的動力災(zāi)害預(yù)警，比如巖爆、冒頂、突水
和邊坡滑坡等，也適用于大型巖體工程穩(wěn)定性，如水電站硐室、邊坡、隧道和壩體等災(zāi)害預(yù)
m
目O
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明微震監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)施圖。
[0020]圖2為本發(fā)明預(yù)警原理圖
[0021]圖中:1 一傳感器；2—電纜；3—數(shù)據(jù)采集儀；4一井下數(shù)據(jù)交換中心；5—光纜；6—地表控制室。
[0022]傳感器I將接收到監(jiān)測區(qū)域的巖體微震信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過電纜2由數(shù)據(jù)采集儀3采集；數(shù)據(jù)采集儀3將模擬信號通過電纜2傳輸給井下數(shù)據(jù)交換中心4，井下數(shù)據(jù)交換中心4將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過光纜5傳輸至地表控制室6，由地表控制室6計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件對信號進(jìn)行處理和分析，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時顯示，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。
[0023]說明:現(xiàn)場監(jiān)測儀器安裝按照圖1實(shí)施，根據(jù)圖2監(jiān)測預(yù)警原理實(shí)現(xiàn)巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)識別。
【具體實(shí)施方式】:
[0024]本具體實(shí)施巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警新方法的如下過程進(jìn)行:
[0025](I)確定巖體監(jiān)測預(yù)警區(qū)域，將重點(diǎn)監(jiān)測預(yù)警區(qū)域劃分并進(jìn)行編號，編號對應(yīng)著微震事件活動率及累計(jì)視體積的數(shù)據(jù)變化，以便獲得一個清晰的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；
[0026](2)安裝微震監(jiān)測系統(tǒng):按照設(shè)計(jì)在所要監(jiān)測的區(qū)域合理布置傳感器，將傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、井下數(shù)據(jù)交換中心用電纜相連，通過光纜將數(shù)據(jù)交換中心與地表監(jiān)測站相連，完成監(jiān)測系統(tǒng)的安裝。
[0027](3)在地表監(jiān)測站的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理和分析微震事件活動率和累計(jì)視體積的變化，繪制微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間曲線圖，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時顯示；
[0028](4)根據(jù)微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖的變化進(jìn)行預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)識另IJ，當(dāng)微震事件活動率急劇增加，微震事件活動增強(qiáng)，隨著應(yīng)力的增大，微震進(jìn)入相對平靜期起始點(diǎn)，累計(jì)視體積突然增大，這就是巖爆災(zāi)害預(yù)警點(diǎn)，進(jìn)入平靜期的點(diǎn)，確定為巖爆災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)，巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此，微震事件活動率相對平靜期起始點(diǎn)可作為巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測的預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)，體現(xiàn)了巖體開挖導(dǎo)致圍巖發(fā)生巖爆災(zāi)害的前兆信息。
【權(quán)利要求】
1.一種巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別方法，其特征在于，所述方法是采用微震監(jiān)測系統(tǒng)對巖體開挖后所監(jiān)測區(qū)域的巖體微震事件活動率和累計(jì)視體積變化監(jiān)測進(jìn)行巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別，作為巖體開挖導(dǎo)致圍巖發(fā)生巖爆災(zāi)害的前兆信息，具體步驟如下: (1)確定巖體微震監(jiān)測預(yù)警區(qū)域，將重點(diǎn)監(jiān)測預(yù)警區(qū)域劃分并進(jìn)行編號，編號對應(yīng)著微震事件活動率及累計(jì)視體積的數(shù)據(jù)變化，以便獲得一個清晰的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)； (2)安裝微震監(jiān)測系統(tǒng):按照設(shè)計(jì)在所要監(jiān)測的區(qū)域合理布置傳感器，將傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、井下數(shù)據(jù)交換中心用電纜相連，通過光纜將數(shù)據(jù)交換中心與地表監(jiān)測站相連，完成監(jiān)測系統(tǒng)的安裝； (3)在地表監(jiān)測站的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理和分析微震事件活動率C和累計(jì)視體積的變化，繪制微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間曲線圖，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時顯示； (4)本發(fā)明所敘述的微震事件活動率C作為一個重要的微震監(jiān)測參數(shù)，表示單位時間的微震事件數(shù)；視體積VA是量測震源體積(巖體內(nèi)發(fā)生同震非彈性變形的體積)的參數(shù)，它具有標(biāo)量的性質(zhì)；對微震事件活動性分析時，累計(jì)視體積ΣVa隨時間變化曲線的斜率值被認(rèn)為是表示巖體應(yīng)變速率的重要指標(biāo)； (5)預(yù)警識別過程如下: O按照所要監(jiān)測的區(qū)域合理布置傳感器； 2)按照設(shè)計(jì)鋪設(shè)電纜使傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連； 3)考慮井下條件合理布置數(shù)據(jù)交換中心并將其通過電纜與數(shù)據(jù)采集儀相連，通過光纜將信號數(shù)據(jù)交換中心傳輸至地表監(jiān)測站； 4)通過地表監(jiān)測站計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件便可以對微震信號進(jìn)行多方面的處理，繪制出微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域巖體微震事件活動率C和累計(jì)視體積Σ Va的分析； 5)根據(jù)微震事件活動率-累計(jì)視體積-時間的曲線圖的變化進(jìn)行預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)識別；當(dāng)微震事件活動率急劇增加，微震事件活動增強(qiáng)，隨著應(yīng)力的增大，微震進(jìn)入相對平靜期起始點(diǎn)，累計(jì)視體積突然增大，作為巖爆災(zāi)害預(yù)警點(diǎn)，進(jìn)入平靜期后，確定為巖爆微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)，巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞；因此，微震事件活動率相對平靜期起始點(diǎn)可作為巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測的預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)，體現(xiàn)了巖體開挖導(dǎo)致圍巖發(fā)生巖爆災(zāi)害的前兆信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種巖爆災(zāi)害微震監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵點(diǎn)的識別方法，其特征在于，由地表監(jiān)測站、井下數(shù)據(jù)交換中心、數(shù)據(jù)采集儀和傳感器四大部分組成的微震監(jiān)測系統(tǒng)工作方法是；傳感器(I)將接收到監(jiān)測區(qū)域的巖體微震信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過電纜(2)由數(shù)據(jù)采集儀(3)采集；數(shù)據(jù)采集儀(3)將模擬信號通過電纜(2)傳輸給井下數(shù)據(jù)交換中心(4)，井下數(shù)據(jù)交換中心(4)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過光纜(5)傳輸至地表控制室(6)，由地表控制室(6)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件及圖像顯示分析軟件對信號進(jìn)行處理和分析，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)時顯示，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域巖爆災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警。
【文檔編號】E21F17/18GK103670516SQ201310740727
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王春來, 盧輝, 王福利, 邵永珍 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)