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。     

深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究

 会泽矿区深部8号矿体埋藏深度达1 000 m,矿体赋存于十余条断层所控制的破碎带中,开采条件十分复杂。根据矿山实际情况,建立一套具有地震学定量分析和可视化解释功能的数字化24通道微震监测系统。详细介绍微震监测系统的组成和性能,采用人工爆破震源对微震监测系统的定位精度进行3次测试,监测范围内的震源定位误差为3.16～6.78 m,达到预期目的,证明该监测系统可满足矿山地压监测要求。该系统于2007年8月正式投入使用,在半年监测数据的基础上,通过对井下采集的多种振动波形特征、微震事件b值时序特征及震源应力降等参数进行分析,初步总结深部8号矿体开采过程中的地压活动规律。     

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。     

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。     

多通道微震监测技术在大爆破余震监测中的应用

深部高应力矿床开采爆破后的采场余震可用来评价采场围岩的稳定性，余震发震的时间、发震频度等是衡量采场围岩稳定性的重要指标。采用16通道全数字型微震监测系统对凡口铅锌矿深部采场大爆破后的余震事件进行实时和空间定位监测，确定余震事件发生的空间位置和发生时间。监测表明，采场大爆破有时不会诱发余震，有时会诱发余震，且这些余震发生在大爆破后的数分钟之内，30分钟之后没有余震发生，说明采场围岩体的稳定性较好。     

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…     

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。     

基于粒子群算法的岩体微震源分层定位方法

 针对微震经典定位法速度模型给不准和联合定位法震源位置、发震时间和微震传播速度相互关联,解不唯一的问题,提出一种微震源定位分层处理方法,先对微震信号进行消噪、分波、到时修正和劣质信号剔除等一系列处理,初步获取正确的有效信号;然后以相邻两传感器监测到时之差与计算到时之差的残差平方和最小为目标,利用粒子群算法,识别微震源位置和速度模型;接着,根据识别到的微震源位置和速度模型,以传感器监测到时和计算到时的残差平方和最小为目标,直接求解微震源发震时间的解析解;最后,再次结合矿山实际开采现状反分析有效微震信号选取的正确性和微震源定位的准确性,必要时再次对微震信号进行处理和定位,较好地解决经典法速度模型给不准和联合法解不唯一的问题。与经典法相比提高了微震定位精度,与联合法相比提高收敛速度和解的稳定性;关联性分析表明某些震源坐标在使用分层法定位时和速度具有一定的关联性,并给出震源坐标和速度相互关联的必要条件和相互关联的几个特殊位置;算法性能分析表明为了进一步提高算法的收敛速度、定位精度和解的稳定性,传感器布置要尽量：(1) 使重点关注的区域位于传感器阵列之内,且距离传感器尽量近,(2) 避免可能发生微震的震源处于能使震源坐标和速度相互关联的位置上。现场爆破试验进一步验证微震源分层定位方法的可行性;最后讨论几种速度模型的选取,分析几种速度模型的优劣及工程应用的可能性。     

煤矿深部采场爆破地震波传播规律的 微震原位试验研究

采用本质安全型微震监测系统,在煤矿深部采场布置了微震监测台网,对测区内的爆破波信号进行了原位采集试验.提出了地震波"穿层"和"顺层"传播的概念,得到了地震波振幅的衰减曲线和回归方程.试验结果表明,振幅随传播距离的增大呈幂级衰减;"穿层"传播的衰减速率远大于"顺层"传播;地震波"穿层"传播200 m后,振幅损失严重,初始到时点开始模糊,需对到时进行补偿后方可参与震源定位.该结果进一步证实了该监测台网布置的合理性(测点平均间距60 m).微震监测和音频电透视结果证明,岩体破裂区和富集水区的存在加速了波的衰减.这些定性和定量的研究结论将为进一步研究微震监测台网布置的优化方案提供理论依据,也可为其他地球物理监测或探测手段提供实测的基础参数.     

基于到时差值的微震波异常信号识别方法

延迟信号和外部异常信号严重影响微震震源定位精度,为了对它们进行有效识别,基于震源定位理论和微震台网几何特性,建立震源定位的双曲线和双曲面控制方程,揭示到时不同震源定位方法所确定的震源轨迹是一系列二维平面中的双曲线或三维空间中的双曲面,且双曲线或双曲面的形状和位置与到时差值密切相关。论证传感器观测到时之间存在P波到时差值理论极限和延迟信号到时差值理论极限,根据到时差值、微震台网布设和监测空间几何特征,构建2种理论极限的求解模型,建立到时差值分析表,提出根据观测到时差值和2种到时差值理论极限内在关系识别延迟信号和外部异常信号的全新方法。现场爆破实验表明：基于到时差值的微震波异常信号识别方法能够对延迟信号和外部异常信号进行有效识别,在剔除2种异常信号后的震源定位精度得到极大提高,实现对震源的高精度定位,满足现场微震监测需求。     

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。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

深部岩体断层滞后突水多场信息监测预警研究

断层滞后突水由于其特有的隐蔽性及滞后性特征,突水灾害防治难度较大。针对王楼煤矿断层滞后突水防治工程,开展深部岩体多场信息监测预警研究。深入分析地下水来源及导水通道,在此基础上划分采动过程中断层滞后突水不同阶段,结合隔水关键层理论及物探结果,确定监测预警时间域与空间域,划分温度场、渗压场监测阈值,建立监测预警判识准则;串联传感器组合成监测单元,采用返浆工艺对钻孔分段封堵,实现传感器精确高效安装,通过煤矿安全光纤监测系统实现井上在线监测预警。监测预警结果表明,断层隔水煤柱有效控制断层内裂隙扩展,减弱了断层破碎带导水特性,依据深部岩体监测预警判识准则,工作面开采过程中预警等级为I级,可实现安全开采。研究成果对类似工程具有一定的借鉴意义。     

GPS monitoring and analysis of ground movement and deformation induced by transition from open-pit to underground mining

To trace the potential hazards of open-pit slope in Longshou mine,global positioning system(GPS) is applied to monitoring ground movement and deformation induced by transition from open-pit to underground mining.Through long-term monitoring from 2003 to 2008,huge amounts of data were acquired.Monitoring results show that large-scale ground movement and deformation have occurred in mining area,and the movement area is ellipse-shaped.The displacement boundary of settlement trough is 2.0 km long along the exploratory line,and 1.5 km long along the strike of ore body.GPS monitoring results basically agree with the practical deformation state of open-pit slope.It is indicated that the long-term GPS monitoring is an effective way to understand the mechanism of ground movement and deformation in mine area.     

深部岩体热力学效应及温控对策

随着开采深度的加大地温越来越高,高地温引起的深部岩体热力学效应引发许多深部矿山开采的次生灾害,有必要研究高温矿井相关的岩石力学问题。首先提出我国深部矿井地温场的3种模式即线性模式、非线性模式和异常模式;然后通过室内试验,研究温度对深部岩石强度和吸附气体逸出的影响,试验结果表明,随着温度的升高,煤岩强度和弹性模量显著降低,同时吸附瓦斯变为游离瓦斯而逸出,这是引起煤矿塌方和瓦斯灾害的重要内在原因;同时,在概述国内外温控技术基础上,提出以矿井涌水为冷源的HEMS降温原理及技术,形成3种典型温控模式及其设备系统。现场降温试验系统运行后效果良好,工作面温度控制在29 ℃以内,工作面温度降低5 ℃～12 ℃,相对湿度降低5%～15%;针对目前国内外矿井降温系统尚无有效性评价问题,提出矿井降温系统有效性评价的参数体系及方法。     

GPS在抚顺西露天矿北帮地面变形监测中的应用

针对抚顺西露天矿北帮的滑坡地质灾害,探讨了GPS全球卫星定位导航系统在该矿边坡变形监测中的应用,介绍了GPS系统的定位原理和特点,阐述了抚顺西露天矿监测网系统的设计方案,并根据测量的初步成果提出了建议,以期确保矿区人民生命财产安全。     

矿震监测定位系统的研究及应用

为确定矿震发生的时间、地点、震级，结合煤矿实际情况，研制一套国内首台具有自主知识产权的矿区千米尺度破坏性矿震监测定位系统。该系统采用在矿区地面布置4个子台，子台由三分向加速度传感器组成，拾取振动波信号。为保证4个子台矿震数据的时间精度，采用GPS网络授时作为时间基准，通过对振动波的频率、振幅等特征分析，对矿震波进行自动识别，排除放炮等振动信号。各子台矿震信号通过网络传输到中心测控机，中心测控机对各子台进行远程控制管理，监控各子台的工作状态。中心测控机对数据进行处理和分析，计算矿震发生时刻，通过振动波持续时间计算矿震震级，采用3种方法计算矿震发生位置。该系统可为矿井迅速准确组织救灾、减少损失提供依据。同时，通过对每天矿震发生的时间、次数、位置、震级进行统计分析，可对未来的矿震发生趋势进行预测。系统的运行情况表明，监测结果与实际矿震较吻合，定位结果小于规定的误差上限。     

近松散层开采孔隙水压力变化 及其对水砂突涌的前兆意义

 开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。