深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究论文_江新球

深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究论文_江新球

摘要:本文首先介绍了微震监测系统的布置、组成相关问题,然后以某矿区为工程背景,充分借助于统计学原理、地震学原理等深入分析地压活动桂林村,从云图、地震统计值、地震参数时间曲线等展开风险评估,并确认该中段是重点风险评估区域。通过理论分析及结果表明,矿山地压活动和地下开采活动存在直接联系,开采活动为重要的井下风险源之一,研究结果表明,利用微震监测系统可以对该矿区风险区域之内的岩体状态进行全面监控,最终实现对风险区域的监控与预警。

关键词:深井矿山地压灾害微震;监测技术;应用

矿山低压监测不仅可以揭示出矿山的地压活动规律,同时也可以起到井下风险预警的作用。为了充分实现对矿山地压的监测,人们将多种技术手段应用其中,如钻屑法、光弹应力计等,这些方法虽然直观可靠、简便易行,但是费时、费工,根本无法实现时空上的连续监控。近年来随着计算机技术的快速发展,以及地震学理论与地球物理学的快速完善,微震监测技术不断完善,并在国外矿山中得到了成功应用。当前我国有很多矿山均引进了该系统,并开展了地压监测与预警方面的研究,获得了比较好的效果。

1微震监测系统布置、组成及调试

按照具体矿山的地质条件,微震监测系统的建立以首采区为起点,严格按照从小到大、逐步扩展的原则。初始监测系统以首采取为主要监测范围,按照系统运行与使用情况确定系统覆盖范围的扩大,通过网络优化设计,某铜矿在首采区的微震监测系统中共设置了传感器16个、转发器1个、微振仪4个、井下控制室1个、地面主控制室及光缆1个等。软件部分主要包括JMTS(地震波形分析处理系统)、JDI(地震事件活动性可视化分析系统)及RTS(时间运行系统),其中JMTS主要由Linux和Windows软件支持,在微震触发传感器产生振动之后,系统会自动记录振动的波形,利用JMTS通过回归分析自动对每个P波、S波上的起振位置进行确定,通过系统软件自动计算,即可得到振级和震源位置等相关参数。JDI采用3D界面,以实现对事件的过滤及观察,系统分析软件还可以对各种参数等值线进行绘制,各参数随着时间变化曲线的变化而变化。为了更好的确保信号传输过程中衰减不会造成信号失真,微振仪与井下控制中心之间的距离不能超出1200m,为此徐亚在-730m水平、47#勘探线措施井附近安装转发器一个,同时在水平上下盘沿着脉内安装微震仪一个。信号处理、信号分析、系统运行状况监测等工作均在地表控制中心完成。

2采动诱发地压活动规律

某矿区主要为黑钨、锡石为主的多金属矿床,其矿体主要为石英脉,矿区围岩为寒武系变质砂岩,顶底板围岩是坚硬的变质砂岩及板岩等,整个矿区的稳定性较好,大事矿区之中断层发育为从东到西、从北东到北东与北西方向,其中较大的有11条,F2为最重要的断层,贯穿矿山的主要是生产中段,其中包括448中段2线到14线之间的区域。该中段主要利用浅孔留矿法、阶段矿房法回收钨矿资源,利用浅孔爆破、中深孔爆破等方式进行资源的开采与回收,期间不可避免的会扰动矿区周围岩层,同时影响岩体之内新裂隙的产生以及旧裂隙的继续发展。

2.1微震事件的时间分布

为了更好的掌握448中段地压活动规律,本次研究主要以微震监测系统所采集的部分数据为基础,通过统计分析显示,24h之内发生事件多数小于0级,24h内事件柱状图中占大多数的是蓝色,仅有个别数目的事件大于0级。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆事件高发时间短分别在11:00~12:00、14:00~16:00之间,震级大于0级的事件均在01:00~02:00之间发生,由于这两个时间段是该矿区作业的主要时间区段,每个星期六的00:00均会实行大爆破,换句话说,微震事件高发区在采区开挖时间段以内,可见采矿活动直接扰动和US你上了采矿围岩,甚至造成了岩体内部的移动,引发了岩体内部裂隙的继续发展,有新裂隙产生、旧裂隙继续发展。

2.2微震事件的空间分布

448中段的采场分布较多、地质结构也比较复杂,同时矿山缺少相关统计数据,所以微震监测技术需要进行准确处理,将其中的干扰事件、爆破事件均剔除,利用不同时间段的事件密度图来确定其中的主要风险区域。随着时间的不断推移,事件也在一点点的累计,西部区域事件密度明显要高于东部区域的事件密度,同时西部F3断层附近均高于其他各区域,由此可见事件不仅和井下采动活动相关,同时也与采场周围岩体性质等因素直接相关。448中段3带4线周围岩体与3810采场区域事件密度均在较高的水平上,随着时间的不断发展和推移,事件密度也越来越高,这种情况下由于考虑到利用阶段矿房法,回采之后会留下部分采空区与矿柱,随着回采的进一步推进,空区体积将会逐渐增大,暴露时间也会越来越长,因此将该区域确定为重点监测的区域。

3井下开采过程的风险判别

3.1微震监测风险识别的原理

井下岩体工程中危险识别主要以地震参数时间曲线、云图及地震统计值为依据建立预测模型,进而将预测工作完成。其中,时间曲线包括能量指数、视体积,云图蛀牙包括地震统计值、事件密度云等,需要记录好区域内特定时刻之内的微震震级分布规律,按照长期统计观察结果建立起风险评估模型,以便更好的预测出发生风险的可能性。在分析某圈定区域内微震活动性时,岩体活动应变速率主要以累计视体积、能量指数等,随着时间变化曲线斜率的变化进行计算和分析,如果累计视体积曲线斜率突然变大,或者能量指数斜率突然间变小,则说明圈定区域之内的岩体进入了失稳的状态之中,这种情况下往往变形较大。

3.2微震监测的结果

本次研究确认448中段的3810采场是重点监测的区域,并利用Vantage软件建立独立分析模型,得到地震参数曲线。从分析过程中可见,5月份的微震事件震级是比较小的,仅在18、28日出现了-0.1、-0.3级微震事件,由于考虑到了矿山开采技术条件、矿区微震事件情况等,该两个事件均为大的震级事件,所以将这两个事件前后的时间短设定成重点观测期,5月7日前能量指数对视体积、数逐渐增加,8日到9日之间能量指数逐步下降,围岩体积能量也明显超出了围岩体储能的能力,在随后的几天之间能量指数又出现了增加的趋势,同时视体积也逐渐增加,14日到17日之间视体积突然间增加快速,两三天之内几乎未出现任何变化,这期间伴随着能量指数下降。

结语:

综上所述,结合该矿区实际情况,本次研究利用微震监测网络针对其中可能会出现的地压事故灾害进行了识别和判定,并基于当前获得的数据进行了深入研究分析,结果发现针对某特定区域,某特定时刻可能会出现能量指数突然间下降、累计视体积突然间上升等情况,一旦这些情况发生,表明岩体内部裂隙进入了快速发育时期。利用微震监测数据时空分布规律可以很好的了解围岩损伤演化动态过程,从而为微震监测系统评价提供有力工具。

参考文献:

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论文作者:江新球

论文发表刊物:《科技中国》2017年7期

论文发表时间:2017/10/11

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