地下金属矿山高精度微震监测系统的研发与应用

为防范、治理深井开采面临的地压安全隐患问题,应急管理部提出开采深度800米及以上的地下矿山,必须采用实时在线地压监测系统。本文分析了地下金属矿山通常采用的地压监测手段,以及金属矿山微震监测技术的国内外研究现状,研发了一种适用于地下金属矿山的BSN高精度微震监测系统,并在国内某金属矿推广应用。该系统对标南非IMS微震监测系统,提高了采集传感器的灵敏度,优化了传感器安装方式,增加了高信噪比传输技术,提高了产品在复杂的工况环境下的抗干扰能力,具备与矿山的三维交互功能,提高了微震监测系统与矿山开采工艺流程的结合度和软件的人性化程度,对矿山的安全指导更加便利与具体,形成了高效监测、自动处理、深入分析、预警预报及灾害防控等综合性地压监测解决方案。     

微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下：煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。     

基于微震监测的金属矿山地压规律分析及监测研究

为探寻金属矿山地压活动规律,及时对其进行监测,以中关铁矿为研究对象,设计并布置了12通道高精度微震监测系统,通过多参数综合分析明确了微震活动性特征,进而揭示了地压活动规律,应用多指标综合分析得到了中关铁矿地压活动活跃期。结果表明：设计布置的微震监测系统校准了监测精度在其规定区域内时间、空间上的准确性结果与现场实际一致,监测结果有效可靠;结合微震事件发生位置和事件数,对微震活动性、累积视体积和能量指数等多参数进行分析,发现在同一时间轴下各参数变化规律及显著特征分布基本一致,在监测期间地压活动较为频繁;通过微震b值、EV值,确定了中关铁矿地压活动活跃期为2022-08-28—08-30、2022-09-14—09-17和2022-09-22—09-28,应加强观测,以便及时响应,这为基于微震监测技术在地压活动方面的监测提供了技术支撑。     

微震监测在高寒高海拔金属矿山的应用与实践

甲玛铜多金属矿海拔4 000～5 407 m，该矿存在着大量采空区，为防止井下采掘活动出现冒顶、片帮及矿柱破裂等动力灾害，有必要对其进行地压监测。而在对这种高寒高海拔金属矿山进行地压监测的研究非常罕见。本文应用微震监测技术对该矿进行地压监测，首先介绍了甲玛矿地质条件和围岩情况，接着描述了甲玛矿微震监测系统的结构与监测点位置，然后对监测数据进行微震数据分析和应力分布情况分析，掌握高寒高海拔金属矿山地压活动时空演化规律。     

IMS微震监测技术在漂塘钨矿的应用研究

利用IMS微震监测技术,建立漂塘钨矿地压微震监测系统,实现了对漂塘钨矿矿山岩体微震活动24h连续监测,获取了大量微震事件的时空数据、误差、震级以及能量等多项震源参数。应用系统的分析软件对监测数据进行初步分析,大大提高了地压监测工作的科学性、地压灾害预警预报的准确性和超前性,进而掌握井下地压变化规律。     

异常活跃地压的微震监测预警研究

香炉山钨矿经过多年不规范的开采,形成了复杂、连通、部分堆叠的巨型采空区,矿山开采面临着较为严重的顶板冒顶、矿柱崩塌、大规模采空区崩塌等地压灾害隐患.为了实现对地压灾害的监测预警,提升安全保障程度,建立了一套84通道的全数字型微震监测系统.对2018年约1个月的地压活跃期,特别是局部采场顶板冒顶的剧烈地压活跃期进行了准确有效的监测预警,并进一步对顶板冒顶地压异常活跃期内微震监测波形的时频特征进行了分析,为有效信号辨识、监测预警及机制机理分析提供了有效数据.     

金川二矿区微震监测区域多参数权重预警模型与对策分析

金川二矿区进入深部开采,采准工程频发冒顶片帮、底鼓、蠕变变形破坏等强烈的地压显现现象,通过现场调研,应用微震监测技术在1150～850 m建立了一套40通道的全数字型微震监测系统,应用波形特征、频谱特征及声音还原识别技术,对典型爆破、噪音和微震事件进行分类研究,遴选出的微震事件数据经过处理和时序多参数分析与统计,以此为依据建立了微震监测区域多参数权重预警模型与对策,实现了二矿区深部安全高效开采.     

微震分析软件在冲击地压监测预警中的应用

华亭煤矿受地质条件和开采条件等众多因素的影响,近年来多次发生冲击地压灾害事故。为了对冲击地压发生规律进行专题探究,进而寻求监测预警的解决对策,开展了矿山微震分析软件在冲击地压监测预警中的应用。结合防治经验,建立了以微震监测为主,声发射监测、钻屑检测为辅的监测预警体系,论述了"MapRAS 3.0分析预测系统"中筛选优化出来的震动频次、震动能量、活动率偏差指数、岩体破裂速率指数、顶底板损伤深度指数的含义及其分析方法。并以250107-1工作面回风顺槽发生冲击地压显现为例,结合250106-1掘进工作面微震监测数据,开展了具体的案例分析应用,最后总结了监测指标的应用方法和注意事项。实践结果表明,该方法可以在冲击地压监测预警中提供科学、可靠的指导依据,确保冲击地压预警发布的准确性。     

阿舍勒铜矿微震监测系统建设与应用研究

为了应对阿舍勒铜矿二期深部开采工程中面临的地压灾害问题,结合深部地压活动性现状与采掘布局,合理选择了地压监测设备, 设计了32通道微震监测系统台网布设方案, 进行了现场安装调试以及定位精度反演与校准试验。在已建立系统的监测数据基础上, 通过波形识别区分了微震信号与其他信号, 建立了二期深部工程有效微震事件库, 统计与分析了大尺度矿井范围内时间、空间以及定量地震学参数的趋势特征, 结合现场地压灾害实例实现了监测预测, 结果表明: 时间序列上的活跃期、空间上的低震中集中度指标、定量地震学参数上的低b值和CUFIT值急剧积累至高值区后下降, 是地压灾害发生的预警前兆。     

微震技术在深部矿山地压监测中的应用

针对红透山铜矿深部地压活动频繁现状,在红透山铜矿建立矿山微震监测系统,对深部地压活动规律进行连续实时监测。介绍了监测区域的选择及传感器的优化过程,并对微震信号的识别进行了系统分析。通过对监测数据分析发现：根据能量大小及波形差异可以很好地对微震事件和爆破事件进行区分;微震事件的定位结果能直观反映岩体内部裂隙的变化情况;微震事件频次呈上升趋势,显示地压活动逐渐增强。监测系统能够及时捕捉由地压活动引起的微震活动信息,并实现微震源定位,这对于开展矿山动力灾害的预测研究具有重要的现实意义。     

某铜矿微震监测系统台网设计及精度分析

深部开采中高地应力作用下产生的地压灾害问题，严重制约了矿山的高效安全生产。针对某铜矿在拉底过程中产生的严重地压问题，根据实际情况，建立了一套48通道组成的全数字型微震监测系统，详细设计了微震系统布局，并通过室内震源定位精度分析，得出在监测范围内，定位精度可以达到5 m，微震系统灵敏度为里氏震级?1.8~?1.0，可以满足矿山地压监测要求，为矿山进一步开展地压监测和防控研究奠定了基础。     

微震技术在兴隆磷矿采空区监测中的应用

地压灾害是几乎所有矿山都要遇到的安全问题之一。介绍国内外微震监测系统的研究现状,通过在兴隆磷矿建设一套微震监测系统对其采空区稳定性进行地压监测,并根据一段时间的监测数据,对废石充填过程中的地压活动情况进行分析。分析结果表明在采空区地压控制过程中进行微震监测非常必要。最后建议对于具有岩爆风险的矿山在开采和掘进施工过程以及采空区治理时开展微震监测,加强岩爆风险实时监测。     

基于中长期微震时空特征的采动地压灾害风险分析

地压灾害风险动态评估与分析是制约深井安全高效开采的关键技术之一。针对某矿山千米以深开采地压灾害现状,通过分析矿山开采技术条件,设计并建立了深部地压灾害风险微震监测系统,开展了爆破定位标定试验,优化了重点监测区域系统速度模型,探究了矿山微震事件中长期时空分布规律,提出了基于微震监测的地压灾害风险分布特征。研究结果表明：采用纵波波速5400m/s、横波波速3200m/s,重点监测区域综合定位误差小于7.4m,满足矿山深部地压灾害风险监测需求;微震事件主要分布在施工及回采区域、隔离矿柱区域,微震活动与采动呈现正相关性;分析微震事件时序分布特征,II-1#矿带地压活动风险较大,红尖山易发生突发性、强度较大的地压事件。研究成果为该矿山深部地压灾害风险防控提供了数据支撑。     

露天矿无线微震监测系统建设及应用分析

我国露天矿逐步进入深部凹陷开采阶段,高陡边坡数量日益增多,滑坡事故已成为露天矿安全生产的重大安全隐患,严重威胁矿山安全生产。微震监测技术作为一种覆盖全矿的有效边坡监测预警手段已被行业广泛认可。通过岩体微破裂感知、弱信号提取、无线传输、数据处理分析等技术形成了无线微震监测方案,在某露天矿完成了无线微震监测系统建设,采用长短时窗结合AIC方法实现了波形到时自动拾取,采用台网自动优选震源定位方法实现了震源自动定位,经爆破验证,台网内震源定位误差为8.15%,台网边缘震源定位误差为8.28%,满足某露天矿危险源震源定位精度要求,实时有效地保障了矿山安全生产。     

基于虚拟仪器的微震实时监测系统

煤矿中发生的岩爆、煤和瓦斯突出等地质灾害与岩体中的微震现象有着必然的联系,通过监测地下微震信号可以确定地下岩石破裂的范围和程度,为矿山的地下安全监测提供有力的证据。以往基于DSP或其他单片机的微震系统,其资源的有限性很难达到理想的采集效果,并且难以完成先进算法的实现;而本系统实现了对多路微震信号采集及先进的小波变换处理算法,充分发挥了虚拟仪器的优势。该系统的监测结果与实际矿震十分吻合,得到的定位结果小于规定的误差上限,很好地完成了对微震的实时监测及分析。     

云南会泽铅锌矿微震监测系统应用研究

介绍了云南会泽铅锌矿微震监测系统的组成和结构,采用微震事件的定量理论研究与现场回采情况结合的方法,圈定了地压活动区,并运用监测系统先进的地震学定量分析和可视化解释功能,对活动区应力、位移、刚度和稳定性的变化规律进行了研究。研究表明,地压活动相对集中区的变化与井下采掘活动紧密相关,较大规模岩体破坏前会出现如下特征:岩体刚度逐步增大然后又下降;应力水平先下降后又转而增大;微震发生频率及累积视在体积急剧增大等现象。为岩体破坏预测预报提供了方法及理论依据。     

金属矿山深部巷道掘进期间地压监测系统和活动特征分析

为研究金属矿山深部巷道掘进期间围岩地压显现特点,在深部生产区域构建微震监测系统,观测巷道掘进过程围岩微震活动的时空特征,进一步研究了巷道围岩不同位置微震活动率的原因。结果表明：巷道掘进过程中微震事件矩震级范围主要集中在-4.37~0.063,微震事件矩震级平均值为-2.08,微震事件的能量释放较低。微震事件主要分为3个区域,分别为受断层构造影响的区域、受已有巷道施工爆破影响的区域及距离掘进巷道相对较远的区域;围岩体中累积视体积成核及视应力集中区域位置随着巷道掘进过程而改变,距离断层越近累积视体积成核及视应力聚集程度较高,距离断层越远累积视体积成核及视应力聚集程度发生明显降低;微震监测系统能够定量监测掘进巷道围岩体破裂情况,并能实时获取围岩体微震事件的演化规律,较传统岩体监测技术具由非常大的优势。     

三山岛金矿新立矿区微震系统设计及应用

根据三山岛金矿新立矿区实际生产作业情况,布置了高灵敏度拾震传感器,搭建了微震监测系统平台,采用微震监测技术进行深部矿床地压监测;分析了拾取到时波形,在上位机进行了定位计算。系统建成以来,运行良好,提高了井下生产作业的安全性,有效地预防了井下岩爆突水事故的发生,取得了良好的经济效益和社会效益。