微震监测技术在某金矿的应用与研究

某金矿在深部开采过程中,频繁出现顶板冒落、矿柱片帮、岩爆等地压灾害,并存在民采活动扰乱矿山正常生产秩序。通过台网分析及波速校正,设计并建设了满足矿山安全监测的微震监测系统。运用微震监测数据高精度定位震源,分析了定位事件的时空演化规律,评估了监测范围内岩体稳定性,同时定位得到了民采活动区域,为矿山安全生产提供了保障。     

岩质边坡微震监测方案优化设计及隐伏危险区域辨识

地压监测是矿山安全管理的关键环节,也是矿产资源开发过程中有效的监测手段。根据陕西省四方金矿的矿山地质条件和地压活动规律,为提高资源回收率,有效治理矿山地表环形边坡,解决安全绿色采矿的关键问题,针对矿山生产特点,结合传感器布设的基本要求,分析了不同布设方案的理想定位误差,并从经济性角度分析与设计了满足矿山监测要求的地压系统监测方案。为进一步辨识矿山边坡体的薄弱异常区域,确定边坡的区域稳定性情况,采用波速场成像技术获取了边坡体监测剖面低速危险区域和高速危险区域的成像结果,进而实现了边坡体内部隐伏空洞异常区域的超前辨识及监测效果分析。结果表明:在理想化条件下,某一监测点设置为不同的标高时,坡体定位误差差距不明显,结合监测震源的矿山边坡区域相对波速场成像结果可知,基于当前的台网布置方案,可满足对于矿山边坡体监测剖面内部危险区域的辨识需求。研究成果对于减少矿山灾害事故发生、提升矿山安全生产稳定性具有重要意义。     

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。     

采空区微震高精度定位方法研究

当前微震监测系统在矿山采空区震源定位误差较大,严重影响了后期的处理解释、安全评价、巷道支护设计。针对这一现状,本文采用基于迭代初值的震源定位方法得到初始定位结果,根据监测台站与重点监测区域间距、监测台站微震信号信噪比设置相应权重参数进行重定位,采用矿山现场数据进行IMS微震监测系统定位结果和本文定位结果对标,结果表明,基于迭代初值的分权重震源定位方法得到的定位结果更可靠,准确匹配矿山采动过程中危险源所在区域。     

微震监测系统定位精度试验研究

以云南某铅锌矿微震监测系统为背景,对构建微震监测台网过程中的震源定位精度进行了调试试验,采用人工爆破试验校核系统定位误差,试验确定了2个矿区微震监测系统的最优震动波传播速度,即1~#采区P波波速为4400 m/s、S波波速为3810 m/s,爆破定位试验最小精度误差为8.3 m,单向最小偏差为1.2 m;2~#采区P波波速为5000 m/s、S波波速为3500 m/s,爆破定位试验最小精度误差为5.6 m,单向最小偏差为0.8 m。通过爆破定位试验,2套微震监测系统均取得了预期的监测效果,达到了矿山的监测要求。     

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。     

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明：采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数Fsum采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有良好对应关系;Fsum在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率...     

井上下微震联合监测震源垂直定位精度优化研究

震源垂直定位位置是煤矿冲击地压机理研究的重要基础数据,对冲击地压灾害的监测与防治研究具有重要意义。对于近水平煤层工作面,由于各微震台站之间高差较小,导致在进行震源定位计算时,震源参数的偏微分矩阵接近奇异,迭代计算无法收敛到准确解。对台站合理高差和无高差两种情况下的煤矿微震台网进行仿真模拟,结果表明当台网内台站处于同一水平面时,震源垂直位置的定位误差较大。为了解决这个难题,笔者在井下微震监测台站的基础上,增加了地面微震监测台站,形成井上下联合监测台网,有效优化了微震监测台网的空间结构,尤其是台站在垂直方向上的分布效果。对红庆河的微震数据进行分析可知对于2次方的微震事件,井上下联合监测系统的监测效能可达90%,3次方及以上的微震事件可达100%。通过对比10组井下断顶爆破引发的微震事件数据,发现井下微震监测系统定位结果基本位于煤层上方30 m的封孔范围内,井上下微震联合监测系统定位结果基本位于煤层上方30～60 m的爆破孔装药长度范围内;与单纯利用井下监测台站的定位结果相比,井上下微震联合监测系统的定位结果普遍距离真实震源更近,表明地面监测台站的加入有效提高了震源的垂直定位精度,解决了近水平煤层微震事件垂直定位误差较大的问题。     

SOS微震监测系统在十一矿冲击危险监测中的应用

为解决十一矿冲击危险给矿井安全生产带来的隐患,确定冲击危险区域,根据设定的台网布置原则进行了SOS微震监测系统的布置研究,微震监测的三维定位误差在20 m以下,能够准确的提供震源的基本信息.通过对微震监测信息的分析,明确了十一矿冲击危险重点区域,确定了强冲击危险性的微震信息判别模式.     

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。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以5G和F5G双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。提出了基于双5G网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:(1)高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用5G和F5G双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;(2)智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;(3)以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

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.     

哈图金矿地压监测系统的建立及应用研究

随着开采深度的增加,哈图金矿采场片帮、冒顶等地压灾害日益突出,因此建立了微震监测系统来监测地压灾害并进行预警。主要介绍了微震台网的优化设计,并通过标定爆破完成波速校正。波速校正结果表明:微震监测系统的定位误差为10m左右,能够满足矿山地压监测的需要。另外,基于微震事件信息分析了各中段的地压活动规律,并划分出潜在的地压灾害区域进行重点监测与分析。微震监测系统在哈图金矿得到了很好的应用,为矿山安全生产和管理提供了技术支撑。     

微震事件波形分析与信号处理研究

某矿山露天转地下开采过程中,由于岩体受力发生变化导致微震事件发生,因而需要对岩体进行微震监测。结合微震事件发生在矿山开采环境过程中的特点,分析了微震信号典型波形以及开采环境引起的干扰波形特征,将微震监测接收到的波形进行滤波处理,并建立了各类波形数据库,准确识别并接收采集微震信号,将其应用到露天转地下矿山开采工程项目中,可为矿山开采生产安全运营提供保障。     

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。     

基于WiFi技术的露天矿数字化生产调度系统

针对露天矿日常生产调度和定位监控的实际需求,利用WiFi无线技术,设计实现了集语音通讯、作业设备定位、视频监控等多种功能于一体的露天矿生产调度系统。该系统的实施,不仅可满足矿区生产调度的需要,而且可实现VOIP功能和无线视频监控,为露天矿生产调度管理提供了一条新的技术路径。现场测试表明:该系统性能稳定,能满足矿山生产管理要求。     

亚克斯铜镍矿复杂采空区稳定性规律研究

亚克斯铜镍矿开采过程中形成的复杂采空区失稳,将严重制约后续资源安全开采。在充分结合矿山地质和开采条件下,通过优化微震监测系统台网,建立一套适合亚克斯铜镍矿的微震监测系统,并基于空区岩体破裂的微震参数信息(微震时空强、累计视体积和能量指数时间分布特征、基于微震事件的应力动力灾害分析等),综合对开采过程中的空区稳定性进行监测,进而为后续空区大范围失稳隐患治理和管控提供坚实基础。     

近距离下煤层岩层破断监测及煤柱确定研究

针对木瓜矿近距离下煤层109工作面巷道支护、区段煤柱的合理宽度确定的技术难题,基于微震监测理论,采用现场监测的方法,对工作面回风巷上覆岩层破断的时空位置、能量和微震事件分布形态特征等随工作面推进的变化进行监测,确定109工作面侧向矿山压力分布规律、上覆岩层的破断规律及破坏程度,为确定区段煤柱的合理宽度提供现场科学数据,实现近距离煤炭资源的安全高效回采,该成果对近距离下煤层安全开采研究具有现场指导意义.     

会泽铅锌矿微震监测系统的构建及其应用

深井矿山开采过程中,地压活动频发。为有效掌控井下各类生产等诱发的地压活动时空分布情况,为研究岩体破坏震源及其附属的辐射能、地震级别、震源半径等参数及其蕴含的矿山工程岩体破坏机理,在深井矿山构建微震监测系统极为必要。以会泽铅锌矿微震监测系统的构建为工程背景,本文主要介绍微震监测系统的构建过程以及系统建成初期的实验性应用：分别以局部区域短时间内的生产活动和长周期内时序性地压活动为研究分析对象,综合对微震监测系统构建之后的实际作用效果进行分析并相互验证。通过现场调查与监测系统的数据分析,表明：微震监测系统能够精准反映矿山现场的各开采开拓活动;对监测地压活动的实时变化状态十分有效且更有助于分析变化趋势。