玲南金矿微震监测系统的建立及应用研究

针对玲南金矿深部开采过程中岩爆等地压灾害频发的现状,建立了深部微震监测系统以实现对岩体的连续监测和岩爆的实时预报。结合传感器布置原则和矿山工程条件,对微震监测系统进行台阵分析,计算微震事件的定位精度和系统的灵敏度,得到最优的传感器布置方案。采用定点爆破进行波速校正。定位结果表明,微震监测系统的平均定位误差为5.7 m,能够满足矿山微震监测的需要。基于玲南金矿的微震监测数据,对微震活动的时空演化规律及民采定位进行研究,取得了初步成果。     

自震式微震监测技术及其在浅埋煤层动载矿压预测中的应用

震源定位是利用微震监测技术研究煤岩体破裂机制、分析矿震活动规律、预测煤岩动力灾害的基础。为了提高微震监测系统的定位精度,提出一种自震式微震监测技术,利用自激震源发射震动信号反演监测区域波速场,再将反演的波速场应用于微震定位计算。根据自震式微震监测技术研发出KJ768煤矿微震监测系统。在一定的拾振器网度和空间布置条件下,通过煤矿井下定点爆破和同类监测系统对比试验,测得KJ768微震监测系统的定位误差小于10 m。基于开发的KJ768煤矿微震监测系统开展浅埋煤层动载矿压预测,通过现场实测,研究微震监测结果和工作面矿压观测结果的关联关系,选定微震事件数和微震总能量作为周期来压和动载矿压的监测预警指标,并确定了预警阈值,准确预测了3次动载矿压和近20次周期来压,为防治异常矿压显现提供了借鉴。     

红透山铜矿微震监测系统的建立及应用研究

针对红透山铜矿岩爆等地压灾害频发现状,建立深部地压微震监测系统,对微震活动性与采矿活动之间的关系、微震事件的空间活动规律进行了分析,并采用累积视体积和能量指数对大尺度岩体破裂进行了预测研究.采用人工定位爆破的定位结果表明:微震监测系统的定位误差小于10m,能够满足矿山微震监测的需要.微震活动性主要分为2个平静期和3个活跃期.并呈现逐步下降趋势,微震活动性呈现主震——余震型模式.大尺度岩体破裂前存在孕育期和预警期,能量指数快速下降,累积视体积持续增长,可以看作岩爆和大尺度岩体破裂发生的前兆.通过能量指数和位移分布云图,可以对岩体发生灾害的潜在危险区域进行判断,指导矿山进行重点防护管理,保证安全生产.     

矿井SOS微震监测网络优化设计及震源定位误差数值分析

提出了微震监测网络优化设计的5条一般性原则和运用Powell算法求解定位误差的方法。以平顶山十一矿SOS微震台网的优化布置方案为例,进行了定位误差数值计算,结果表明,定位误差保持在小于50m的水平,能够较准确地提供震源的基本信息和确定冲击危险的局部重点监测区域,表明对该矿微震监测台网的设计能够满足当前开采布局的要求,为下一步矿震活动规律监测和冲击危险的预测预报奠定了基础。     

自震式微震监测技术在煤矿动力灾害预警中的应用

为进一步提高微震监测系统定位精度,在传统微震监测技术基础上,提出一种新型自震式微震监测技术,通过自主研发自激震源,实现自动变频震动,实时计算煤岩体中纵波传播速度,优化微震系统参数,最终实现高精度、高可靠性监测微震事件。依托该技术自主研发的KJ768自震式微震监测系统已先后在跃进煤矿、石圪台煤矿、龟兹煤矿等多个现场进行了实际应用,结果表明:自震式微震监测技术在煤矿动压防治领域具有监测形式多样、监测精度高等特点,能够有效解决冲击地压灾害预警、浅埋煤层强动载矿压预警等问题。     

基于奇异值分解法的古山矿微震系统监测能力优化

微震监测系统已成为古山煤矿矿山动力灾害的主要监测手段。为了保证微震系统定位和能量计算的准确性,采用奇异值分解法对古山煤矿微震监测系统的现用台网监测能力进行评价,从而发现了微震系统定位误差较大区域,由此制定监测系统优化方案,并对微震系统的台网布置进行优化。最后采用现场爆破试验对优化结果进行校验,结果表明微震系统的监测误差明显下降。     

基于微震监测技术的巷道底板监测准确性研究

由于葛泉矿煤层底板受大青灰岩和奥陶系灰岩含水层的威胁,为保护工作面回采时底板不受突水危害,采用KJ959微震监测系统对11913运输大巷及周边区域布置拾震传感器进行实时监测,监测回采工作面底板下"三带"裂隙发育情况,并通过定位标定炮位置研究了巷道微震监测定位的准确性。     

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。     

关键层运动诱发矿震的微震探测初步研究

采用微地震定位监测技术对华丰煤矿关键层运动诱发矿震进行了研究.根据岩体在三维空间的破裂成像，得出：可以依据微震破裂事件的空间分布对关键层进行划分；开采6，4层煤均引起了主关键层砾岩的破裂，砾岩破裂位置的发展顺序在倾向上逐渐向实体煤扩展，在高度上先从下部开始；冲击地压显现地点不一定是矿震震源发生地点；统计观测的结果表明：部分砾岩断裂导致了矿震发生，大约50％的矿震是由于关键层的破裂引起的，只有个别矿震导致了冲击地压显现，说明了矿震与冲击地压的区别.展示了冲击地压产生原因的多样性及复杂性，提出了应根据不同的产生原因进行冲击地压防治的思路.     

矿山微震震源机制的初步研究

矿山微震震源机制是揭示和认识矿震发生机理,从事矿山微震监测预报、矿震灾害防治的基础和前提,也是从事矿震研究的理论基础之一。根据完整岩石破裂机理,从刚度理论的角度论证了岩石动力破坏的理论条件;在总结矿山常见的岩体破坏类型的基础上,对几种基本的矿震机制进行了全面的论述。     

煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

基于光纤光栅加速度传感器的平面震动定位试验

岩石等介质在外力作用下发生变形或开裂破坏过程中,释放弹性能产生微震事件。基于光纤传感技术的微震监测系统采用光纤光栅加速度传感器,在信号传输过程中不受光强影响,传输距离远,本质安全,抗电磁干扰,克服了传统电子类微震传感器的缺点。为验证系统性能,进行了平面震动监测试验,利用最小二乘法实现震源平面定位。试验采集信号波形清晰,高信噪比,高阻尼,传感器布置在震源周围时,定位精度大大提高,震源定位误差并不随采样频率提高而降低。试验结果对光纤传感微震监测系统应用于煤矿井下冲击地压监测具有重要的借鉴意义。     

基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法

针对经典定位方法中存在的求解系统发散、定位精度低和定位受微震台网影响大等问题,采用L1范数统计对微震震源定位进行残差分析,推导得到了基于L1范数统计的事件残差计算公式;提出了微震震源定位的误差空间概念,它的实质是微震监测区域中事件残差对震源定位误差的反映;将震源的时间维数从误差空间中分离出去,建立了基于L1范数统计的单纯形微震震源定位方法,该方法不仅对到时和波速等输入数据中误差较大的离群点具有较高的抗干扰性,而且在震源求解时不会发生发散问题,具有很好的稳定性和强健性;通过现场爆破实验对算法的优越性进行了验证。研究结果表明:基于L1范数统计的单纯形算法震源定位结果稳定,定位精度高;而且算法受震源和微震台网相对位置影响较小,能够有效抵抗微震台网扩散效应对震源定位的影响,保证了台网边缘或外部震源定位的稳定性和精度;另外它还能够降低微震台网在方向控制上对定位精度的影响,提高了垂直方向上的震源定位精度。     

微震震源定位可靠性综合评价模型

微震震源定位受定位方法、微震台网布置、波速模型和到时等因素的影响,单一指标很难对震源定位结果进行全面评价,因此提出了一种包含事件残差指标、敏感度指标和触发序列指标的震源定位可靠性综合评价方法。采用改进的L1范数统计准则计算微震事件残差,并根据事件残差的取值范围确定了可评价震源定位精度的事件残差指标;根据给定波速误差后震源定位结果之间差值的大小,提出了敏感度指标,主要对定位稳定性进行评价;基于观测触发序列和计算触发序列匹配度,并结合微震台网布置和有效传感器数量,提出了触发序列指标,该指标能够同时反映定位精度和稳定性;综合以上3种评价指标,建立了微震震源定位可靠性综合评价模型。通过现场试验验证,表明该模型能够对定位精度和稳定性进行全面有效评价,评价结果可以作为衡量微震监测系统定位可靠性的实用依据。     

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。     

基于波速反演微震监测系统的设计与应用

为了进一步提高微震监测系统的定位精度,提出并设计了一种基于波速反演的微震监测系统。通过频率可调、激振力可控的自激震源及配套的波速反演算法,实现微震定位前波速场的反演与校正,之后用校正后的波速场定位煤岩体破裂产生的微震事件,文中介绍了系统的组成,分站、传感器、自激震源的设计及波速反演的算法。通过煤矿井下定点爆破对比试验结论表明:基于波速反演的微震监测系统的三个方向的定位误差均小于10m,且均优于波兰ARAMIS微震监测系统与加拿大ESG无波速反演功能的传统微震监测系统,为进一步提高微震系统的定位精度提供了新的思路及实现方案。     

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。