凡口铅锌矿多通道微震监测系统及其应用研究

微震监测技术是深部矿床地压监测的重要手段。简要概括了凡口铅锌矿深部矿床赋存条件、地压特征、地压灾害以及建立微震监测系统的必要性;对建立的16通道微震监测系统的组成、监测系统的性能、微震监测范围进行了详细介绍;通过对传感器布置优化分析,绘出传感器布置的一个优化分析结果的震源定位等值线实例图。采用人工放炮产生的震源对微震监测系统的震源定位性能进行测试,绘出测试结果和系统监测定位图,并比较实际测量和系统监测分析结果,两者结果对比表明,在传感器阵列内的震源定位误差不大于5m时,监测系统对震源具有较高的定位精度。采用该套系统对深部采区的大爆破余震进行监测发现,余震事件大多发生在数分钟之内,这表明目前采区围岩的稳定性较好。     

基于微震监测及应力场分析的冲击地压预测方法

主要对国内外冲击地压发生情况以及对冲击地压的监测发展情况进行了总结和分析，发现随着矿山开采深度的增加，冲击地压活动越来越频繁，发生的范围也越来越广，但是目前仍没有有效的监测与分析方法能够对冲击地压的发生进行预测预报。为了能够对冲击地压发生实现预测预报，引入地球物理学方法，建立矿山微震监测分析系统。将矿山微震监测系统监测到的矿山微震活动信息，通过网络传输，实现与数值分析系统之间的数据交换：利用微震活动信息修改数值模型的单元信息；借助大规模科学计算，分析开采造成采场以及巷道围岩内部岩体的应力积累、应力阴影和应力迁移过程，进而实现对矿山冲击地压活动进行预测预报。同时，微震监测分析系统能够实现对其他岩石工程动力灾害问题进行预测预报。     

我国金属矿山首套微震监测系统建成并投入使用

我国首套16通道全数字型微地震监测系统在凡口铅锌矿建成。该套监测系统由地面监测站、井下数据交换中心和接收传感器阵列3大部分组成,为全数字、宽频带、多通道自动化微地震监测系统,用于凡口铅锌矿深部矿床开采的地压灾害监测。该系统现开通16个通道,16个传感器阵列监测的覆盖范围达300 m×300 m×300 m,可进行全天候实时监测,对震源的定位误差不大于3 m。本套监测系统配置有可视化监测分析软件,建有三维旋转立体模型,软件分析系统操作方便。 该项研究为国家十五攻关项目专题“深部地压灾害定位、预报与防治技术研究”(专题号:2001BA609…     

大规模深井开采微震监测系统站网布置优化

冬瓜山铜矿是我国目前开采深度最大、具有岩爆危害的大型硬岩金属矿山。采用微震监测系统实现该矿岩爆的实时监测和预报，为此，进行微震监测系统站网布置优化研究。分析该矿采用多盘区多采场同时开采条件下的岩爆分布特点，确定微震监测系统的监测范围；针对监测范围、井下巷道工程和微震监测系统技术性能，设计多个微震监测系统传感器站网空间布置方案，对各方案计算事件震源定位误差和系统灵敏度；在综合分析计算结果、工程条件和经济性的基础上，确定满足该矿首采区微震监测要求的最佳监测系统配置方案；系统建立之后进行事件震源定位精度和灵敏度测定的爆破试验，证明该监测系统站网布置满足矿山监测要求，保证监测数据的可靠性和有效性。     

降雨入渗对浅埋采场稳定性影响的微震监测分析

简要叙述香炉山钨矿的工程地质背景、开采背景及地压特点,针对2012年以来各年度降雨入渗对该矿采场稳定性影响问题进行微震监测与研究,对降雨入渗诱发采场失稳典型案例和对采场地压活动影响规律进行微震监测量化分析,并对降雨入渗诱发采场失稳机制进行简要分析。结果表明,受降雨入渗影响,采场失稳垮塌前井下微震事件水平明显升高,垮塌区域附近传感器微震水平超预警值;矿山在垮塌后整体上出现了大范围的应力转移与重分布,应力转移到"矿体整体拱形"的周边,并且在应力重分布过程中出现了局部岩体破裂垮塌,在经历近两个月的应力调整后,井下岩体逐渐趋于稳定;井下采场微震事件水平变化具有随降雨量整体上呈周期性变化特点,微震活跃期与雨季降雨之间有一定的滞后期,即说明地压活跃程度随降雨量的增加而增加,降雨入渗是造成香炉山钨矿采场失稳的重要诱因。最后,提出雨季地压灾害防治措施。研究成果对量化评估降雨入渗对浅埋矿山稳定性影响、保障井下安全生产有着重要的意义。     

锦屏一级水电站左岸边坡微震监测系统及其工程应用

锦屏一级水电站坝区山高坡陡,两岸山体地应力高,左岸存在深部裂缝、低波速松弛岩体、煌斑岩脉(X)及f2,f5断层等复杂地质条件。为对左岸边坡深部岩体微震活动性进行实时监测和分析,2009年6月该边坡安装加拿大ESG公司生产的微震监测系统。通过构建左岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于12m,证明系统具有较高的定位精度。对拾取的事件波形进行分析和聚类研究,给出系统运行以来微震事件的时空分布规律,初步圈定左岸边坡微震活动引起的深部岩体变形区域,并结合RFPA有限元软件对比研究边坡应力场和潜在滑裂面。研究结果表明,该边坡微震监测系统的设计和实施满足深部岩体变形的全局监测,能够识别左岸边坡可能存在的潜在岩体破坏区域和滑移面,为边坡后期生产性灌浆以及加固处理提供一些参考,也为高岩质边坡稳定性分析提供一个新的研究思路。     

基于微震监测技术的深井开采地压活动规律研究

简要介绍微震监测技术基本原理及冬瓜山微震监测系统的组成和结构,运用微震监测系统对冬瓜山矿床首采区段不同时段的地压活动集中区进行圈定,采用量化地震学原理开展岩层应力变形强度分布研究,揭示开采诱发地压活动的时空变化规律,初步评价盘区隔离矿柱和回采采场的地压活动状况及稳定性。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,各地压活动相对集中区与采掘工程施工位置相对应,在时空上随采掘活动的改变而发生变化。采场回采区内的地压活动相对较稳定,掘进活动区内的地压活动分布较分散且随采掘活动的结束很快减小或消失,目前首采区段岩层是稳定的。实践证明,微震监测技术为深井矿床开采地压活动规律研究提供一种有效技术手段,研究成果为指导矿山安全生产奠定重要的基础。     

胶东金青顶金矿深部采矿地压形成机理及预防措施

胶东金青顶石英脉型金矿是我国矿体延深大于延长的代表性的特大型金矿床,矿体侧伏延深已控制1320 m,属于典型的构造控矿类型。目前矿区开拓深度达900 m,采矿深度达805 m,由于地压随采矿深度的增加而加大,脉外巷道出现大面积的挤压裂缝或局部塌落,严重影响了矿山的正常生产。研究矿区深部地压形成机理,改进现存的采矿工艺,以适应深部特有的地压活动规律,从而维持矿山正常持续生产。     

矿震震动传播与响应规律

针对距离震源不同距离的采掘区域冲击地压显现响应程度不同的问题,采用ARAMIS M/E微震监测系统、PASAT-M便携式微震监测系统和冲击地压多参量过程监测系统开展了矿震发生与响应过程规律研究,并通过井下爆破激发震动试验研究了震动传播衰减规律。结果表明:(1)冲击地压多参量过程监测系统监测到矿震的单参量(煤体应力)、多参量(煤体应力、围岩位移及锚杆受力)的响应过程,实现了震动与响应信号捕捉与记录;(2)矿震单参量响应规律,响应时间短(368 ms),响应过程引起距震源75 m的煤体应力最大升高0.9 MPa,响应终值为煤体应力升高0.5 MPa,矿震的响应并非都是多参量同时响应;(3)矿震引起多参量响应规律,响应时间不同步,响应时间几百毫秒至几分钟不等,响应过程引起距震源150 m的煤体应力整体降低0.7~0.8 MPa、锚杆受力降低7~8 k N、顶煤位移增加4 mm,且捕捉到矿震发生10 h前的岩层位移信息,持续时间1000 ms,位移量最大24 mm,可作为矿震前兆信息;(4)矿井围岩介质中震动能量传播呈指数E=E0eηD关系衰减,距震源200 m范围能量衰减快;震动主频的衰减变化规律也呈指数f=f0eηD关系。距离震源200 m范围的采场、巷道对矿震响应比较显著,与矿震诱发冲击显现区域比较吻合。矿震发生至响应的传播衰减过程的定量关系研究,对进一步提高冲击地压监测预警与防治技术水平具有一定的现实意义。     

微地震监测揭示的矿震诱发冲击地压机理研究

在对朝阳煤矿^#3201工作面进行冲击地压高精度微地震监测过程中,测到了到时靠后的震动波幅值反而较大的异常现象,并且当时井下震感强烈。针对这一异常现象,介绍了高精度微地震监测系统的现场测区布置及系统标定情况,通过对该异常波形数据进行分析研究及初步定位,发现定位结果较为离散,不符合定位精度的要求,从而否定了把记录的微震数据当作一个震源进行定位的基本假设,在此基础上提出了矿震诱发冲击地压的震动破坏机制假设,并对该假设进行了初步验证、初始震源与诱发震源的时间相关性验证、原位岩体实测波形验证等。最后结合矿山压力与岩层控制的理论和长期的微地震监测结果,发现诱发震源的位置正好处于采动应力场和构造应力场耦合下的高应力区,这就证明了矿震诱发冲击地压是通过初始震源的震动破坏机制实现的,并且被诱发的冲击地压震源处于各种耦合因素影响下的高应力区内。     

采动效应微震特征及其变化规律

依据采动应力是煤与瓦斯突出的外在动力,构建煤巷采动微震监测系统,分析煤壁崩落过程及其诱因,研究顶板、煤壁破裂微震动态响应特征,了解采动应力显现、调整变化规律。优选小波基函数,按照频率顺序将半小时内396次采动效应触发的微震事件进行小波包4层分解、重构;根据采动顺序和信号优势频带,将采动微震响应信号划分为爆破、煤壁崩落、顶板和煤壁破裂4类信号,采用归一化频带能量分析顶板、煤壁破裂事件的变化趋势。爆破冲击和顶板压力导致煤壁崩落,顶板压力还会导致煤壁破裂,顶板和煤壁破裂是煤巷采动应力的具体显现。顶板压力初期显现剧烈,爆破结束1.6 s内煤壁发生5次崩落,1.933 s时达到峰值、24.89 min趋于稳定;顶板破裂事件主要集中在初期2 min内,相应的事件率为76.2%。煤壁压力滞后顶板压力5.8 s后显现,3.71 min后达到峰值、29.217 min稳定;煤壁破裂事件主要集中在初期5 min内,相应的事件率为45.9%。顶板、煤壁破裂事件及其优势频带能量变化趋势揭示采动应力转移、调整过程,采动效应稳定与否可用于煤与瓦斯突出预警,并值得进一步深入研究。     

远程地压监控技术在地下矿山中的应用研究

随着地下开采深度的不断增加,地压控制也越来越重要。结合地下采矿工程地压监控的需要,根据矿山的地压活动特点,提出采用远程地压监控技术来对矿山地压进行研究。研究在受限空间环境下,地下采矿远程地压监控系统的结构组成,并且对软件系统、硬件系统、网络系统进行研究与设计。结合采矿工程的特点,分析应力、位移、压力等传感器的布置要求。通过对地压的监测,得出该矿山的地压活动特点与矿柱目前的稳定性情况。实践结果表明,采矿地压远程监控自动化系统运行稳定,数据准确,能解决人工监测所不能解决的诸如测试人员人身安全、实时监测、已破坏岩体的监测等问题,是采矿地压监控新的发展方向,同时,也是数字化矿山的重要组成部分。     

砂岩单轴压缩微震响应小波包能谱特征

选取砂岩岩样,通过装有ESG微震监测系统的MTS液压伺服试验机进行单轴压缩实验,分析在加载模式下的岩石强度及变形破坏特征。运用小波包能量谱理论,提取了突变信号的频带能量和事件数,获得了砂岩单轴压缩条件下的应力应变曲线以及应力应变过程曲线中4个阶段的微震响应特征。在初始压密和弹性阶段,没有微震信号、频带归一化能量为零、事件数为零;在应力屈服阶段,微震信号多、频带归一化能量大、有大量事件数产生;在破坏阶段,微震信号丰富、频带归一化能量达到峰值后降低、事件数减少。砂岩破裂微震信号频率响应主要集中在375~625 Hz。由于岩石每个变形阶段具有不同的微震响应特征,因此,可用微震动态响应小波包能谱特征来表征岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。     

二里河铅锌矿采场结构参数及巷道布置研究

二里河铅锌矿目前正在准备开采埋深500~800 m的深部矿体,从已掘进的1 100 m中段探矿巷道地压显现来看,深部的采场结构参数及巷道布置位置需要优化。应用FLAC^3D正交数值模拟采场结构参数对采场稳定性的影响,建立多指标综合评价模型以便优选采场结构参数;应用FLAC^3D分析距矿体下盘边界不同距离的巷道围岩应力变化,借助监测巷道顶底板上某点的应力变化趋势优选巷道布置位置。研究结果表明:深部采场最佳结构参数为矿房走向长度40 m,间柱厚度10 m,顶柱厚度12 m,其中,顶柱厚度对采场稳定性的影响最显著,增大顶柱厚度是提高采场稳定性的最有效途径;下盘脉外运输巷道布置在距矿体下盘边界线12 m处最为合理;距巷道较近的本中段矿体开采是引起巷道地压显现的主要原因,矿柱回采会加速中段运输巷道的破坏。实践证明,深部采场结构参数及巷道布置的研究结论合理、可靠。     

青海多格日铜多金属矿床地质特征及找矿潜力分析

文章研究了青海省都兰县多格日矿区地层、构造、岩浆岩的分布情况及其与成矿的关系,区内地层主要为奥陶-志留系滩间山群c岩组和上三叠统鄂拉山组。区内多格日矿点的矿产为铜、铅,矿体均产于北东向逆断层下盘围岩节理发育的部位,矿体倾向均为南东;物探工作的开展,获取了区内岩石的物性资料,总结了区内地球物理特征和地球化学特征,研究表明磁法工作对区内开展构造研究和岩性填图具有重要指示意义。此次工作在区内共发现并圈定矿体8条,其中4条盲矿体。研究为实际工程勘探提供了理论依据。     

水泥材料静爆拉伸破裂微震显现特征

微震技术是混凝土工程稳定性监测的重要手段,掌握材料破裂微震信号的特征指标是准确预测的前提。利用静态破碎剂实现试件不同速率的静爆拉伸破坏,通过煤岩动力灾害试验模拟系统（ZDKT-1型）实时监测该破裂过程中的微震信号。分析水泥砂浆静爆拉伸破裂微震信号幅值、能量及频谱等的变化规律,研究发现：①水泥砂浆试件属准均质材料,静爆后均出现3条纵向裂纹,无横向裂纹;②微震信号的幅值、频谱均与静爆拉伸破裂速率有关,破裂速率越大,信号平均幅值越大,频域越宽;③微震信号事件数与最终的破裂总裂纹面积有关,裂纹面积越大,破坏过程中出现的微震事件越多;④静爆拉伸破裂中的微震信号并不是均匀出现的,整个过程中信号阵发性明显;信号幅值也不存在某种单调趋势,信号幅值及能量呈现弱强相间的变化分布。     

基于实时监测的新村滑坡参数变化特征分析

新村滑坡位于云南哀牢山中段东麓,为残坡积层滑坡,受地质构造作用及外界诱发因子影响明显。综合考虑滑坡的多种因素关系,在勘查工程配合下,开展地表位移、深部位移、含水率、孔隙水压力、水位、降雨量等6类参数监测,以1 h为间隔进行数据采集,建立了自动监测、自动传输、自动入库等全自动监测系统,捕捉降雨入渗导致滑坡内部相关参数的变化特征,为研究降雨-入渗-斜坡变形破坏提供基础数据支撑。根据2010年7月20日至8月2日监测时段的结果分析,该降雨过程使滑面附近含水率随降雨的影响增大了2%,水位升高1.1 m,水位升高滞后降雨1~2 d,导致①号地表位移监测点出现24 mm的局部滑动,但未引起深部位移的明显增加,该降雨条件下滑坡整体处于基本稳定状态。     

基于多方法联合的崩落法崩矿步距优化

 为准确获得大结构参数下的最优崩矿步距,以梅山铁矿为工程背景,联合应用相似材料试验方法和PFC2D软件数值模拟方法,开展18 m×20 m结构参数下崩矿步距的优化研究。基于相似材料试验,绘制出该结构参数下的放出体形态,并结合崩矿步距与矿石损失贫化的数学模型,计算得到该结构参数下的最优放矿步距为6.12 m。利用PFC2D软件对放矿步距为4.5,5.0,5.5,6.0,6.5 m共5种方案进行数值模拟研究,计算结果表明,当放矿步距为6.0 m时,矿石的回收指标最优。将相似材料试验和计算机数值模拟所得结果进行对比分析,并考虑最优崩矿步距与最优放矿步距之间的关系,最终确定该矿山在18 m×20 m结构参数下的最优崩矿步距为4.4 m。将该结果与梅山铁矿现场工业试验结果相对比,验证了该结果的正确性。     

乌东德水电站右岸地下厂房开挖围岩破坏模式及形成机制研究

 乌东德水电站右岸地下厂房洞室群布置复杂,中低应力条件下,“陡倾、小夹角”等不利岩层产状导致结构面控制型破坏现象突出。结合地质、现场勘查、常规监测、微震监测及数值模拟资料,全面总结和分析右岸厂房下游拱座岩体破坏模式及形成机制。首先,基于现场勘查及常规监测资料,归纳和总结围岩破坏的基本特征与规律,包括其破坏形式、空间位置、破坏规模、破坏发展特征等主要信息;其次,总结岩体破坏孕育、发展过程中微震活动强度的时间演化规律,分析得到基于微震活动特征的层状岩体破坏前兆;最后,采用“微震监测”为主“数值模拟”为辅的综合分析手段,揭示下游拱座岩体发生弯曲倾倒的破坏本质及其形成机制,探讨岩体结构对拱座围岩破坏的力学影响机制。该研究可为陡倾层状岩体中大型地下洞室优化开挖方案和支护措施提供依据,也可为同类大型地下洞室相似围岩破坏的防控提供参考。