三道庄矿露天和地下岩体工程灾害监测预警应用实践

三道庄矿为典型的地下转露天开采矿山,经过前期几十年的地下无序开采,目前在露天台阶下方形成了大量极复杂地下采空区。针对采空区分布特征,建立了一套地下和露天联合监测的48通道微震监测系统。通过长期现场监测,确定了微震事件率、微震定位事件空间聚集度、微震b值、微震分形维值、能量指数-累计视体积和微震事件时间熵的六个微震预警参数及“三个数值四个趋势”的预警阀值。同时,对矿山典型的岩体工程灾害进行了监测预警分析,证明了该预警方法具有较强的适用性。建立的微震监测系统多次对地表台阶开裂、塌陷和井下冒顶片帮等进行了监测预警,保证了无地压灾害安全事故的发生,为矿山的安全生产提供了重要的技术保障。     

矿山深部开采岩体稳定性监测技术研究

针对矿山深部开采过程中易发生地压动力灾害的问题,基于微震监测技术,结合矿山实际特点建立岩体稳定性监测系统。优化台网设计,通过定点爆破的方法进行波速校正,最终建立了定位误差在10m,灵敏度在-2.2的监测台网。对监测数据进行波形拾取,分析微震事件时空演化特征,圈定潜在危险区域,并对潜在危险区域围岩变形损伤进行分析。最终总结出微震事件大幅度上升且处于较高水平、空间分布高度集聚、能量指数突然下降而累计视体积迅速上升的动力灾害预警前兆。研究结果可为深部开采岩体稳定性监测提供参考。     

三道庄矿露天和地下岩体工程灾害监测预警应用

三道庄矿为典型的地下转露天开采矿山,经过前期几十年的地下无序开采,目前在露天台阶下方形成了大量极复杂地下采空区。针对采空区分布特征,建立了一套地下和露天联合监测的48通道微震监测系统。通过长期现场监测,确定了微震事件率、微震定位事件空间聚集度、微震b值、微震分形维值、能量指数—累计视体积和微震事件时间熵的六个微震预警参数及"三个数值四个趋势"的预警阀值。同时,对矿山典型的岩体工程灾害进行了监测预警分析,证明了该预警方法具有较强的适用性。建立的微震监测系统多次对地表台阶开裂、塌陷和井下冒顶片帮等进行了监测预警,为矿山的安全生产提供了重要的技术保障。     

微地震监测技术在盐矿地面塌陷预警中的应用研究

水溶性开采诱发地表塌陷是盐矿开采常见的地质灾害,为了监测开采溶腔发育发展情况及上覆地层稳定性,确保盐矿安全生产,利用实时微地震技术对定远东兴盐矿进行长期监测。通过布置12台监测台站,接收生产过程中的微地震事件,综合分析了3类与溶腔发育发展有关系的微震信号波形及时频特征,研究了开采溶腔发育发展过程中微地震事件诱发因素及形成的物理过程,为盐矿山微震监测的开展提供参考依据。运用微地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,为盐矿安全生产提供了技术保障。     

基于微震监测的煤矿求救信号监测系统

设计并实现了基于微震信号检测的煤矿求救信号监测系统,该系统由信号发生装置和信号接收装置2部分组成。信号发生装置将需要发送的信息进行波形编码,通过单片机控制电磁阀,以气动敲击器作为执行单元,从而将数据信息转变为振动波形;信号接收装置使用微震传感器接收到微震信号,进行滤波放大之后,通过编译码规则将振动波形转换成原始数据信息,并在LCD上进行显示,同时声光提示。试验证明,该装置能够有效接收到金属管道上传递的震动信号。     

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。     

基于Spark平台的微震信号鉴别方法

凿岩爆破是金属矿山开采过程中不可避免的环节,爆破扰动产生的微震信号会对岩体损伤微震信号的分析造成干扰。为了避免爆破扰动对微震监测的干扰,实现岩体损伤微震信号与爆破微震信号的快速鉴别,基于Spark平台的Fisher分类算法建立了微震信号智能识别算法,实现了岩体损伤和爆破事件的自动区分。经过测试,该算法鉴别信号的正确率稳定在83%左右,可大大减少对监测数据处理工作。此外将Spark平台与云端数据库建立的远程连接,成功实现了数据云端传输,为后矿山灾害实时监测及预警提供了技术保障。     

基于微震监测技术的深部采场采动规律研究

冬瓜山铜矿是目前国内开采最深的金属矿山之一,岩石具有典型的岩爆倾向性。为了掌握岩爆发生规律,并及时采取有效安全控制措施指导矿山安全生产,矿山引进了南非ISS公司的微震监测系统,实现了对采矿引起的岩体应力、应变状态的实时监测。本文简单介绍了冬瓜山铜矿首采区的地质条件、采场结构及微震传感器的空间布置。在前期处理波形和事件聚类分析研究基础上,与生产活动相对应,采用地震参数对采场开采过程中不同阶段的应力变化规律进行了对比分析研究,并结合矿山实际的破坏事件,进行了针对性分析研究。研究成果为后续相邻采场开采及隔离矿柱稳定性的控制策略等提供依据。     

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。     

微震监测信号辨识方法研究

地下作业环境中产生噪声的震源很多,包括人工噪声、爆破和机械设备噪声等。采用微震监测技术进行地压监测时,对各种震源的辨识是一个工作量大和复杂的分析过程。总结了矿山地下作业环境中的各种震源,提出了对各种震源的经验和理论辨识方法。在现场监测的基础上,对地下矿山爆破、机械作业设备、人员作业、岩体破裂等产生的震源信号进行了波形分析、辨识,给出了各种震源波形的基本特点。所提出的分析方法对于现场岩体破裂微震信号的提取和分析有较好的指导作用。     

基于微震监测试验的微震信号类别识别降噪方法研究

微震监测技术是目前预测岩体损伤最有前景的探测技术之一。为提升微震监测技术的准确性,以云县至凤庆高速公路隧道开挖工程为背景,现场进行了微震监测,并对爆破、打炮眼、电气干扰及岩石破裂信号进行了分析。结果表明,可以根据体变势、频谱最大频率、视体积及视应力大小等特征来区分不同信号。其中爆破信号的体变势、视体积和视应力的数值最大,频谱最大频率多数分布在0~10 Hz。岩石破裂产生的微震信号的体变势大多集中在0~10 m3,数值较大,频谱最大频率多数分布在50~60 Hz和180~200 Hz。研究结果对剔除干扰信号和指导现场微震监测具有重要意义。     

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。     

露天转地下开采边坡滑动面标定的新思路

结合露天转地下开采边坡的工程特点、现有的高陡岩质边坡的微震监测结果及滑坡实例的分析,指出:对露天转地下开采边坡稳定性的研究,如果只进行单一的数值计算分析,其模型及参数的可靠性和适用性缺乏实际物理反馈信息的验证;如果只进行单一的损伤定位的微震监测,则对于损伤形成机理分析缺乏理论依据且无法给出边坡的实时安全系数。认为建立以微震物理信息为基础、以微震源能量-岩体损伤表征关系为纽带、微震监测-数值分析相结合的滑动面时空基准标定方法,是开展露天转地下开采边坡稳定性研究的可尝试新思路。     

露井联采下采动边坡移动规律及开采参数优化

针对安太堡露天矿南部采用地下开采后,后期露天开采边坡稳定性将受到很大影响的情况进行了研究。研究结果表明,水平煤层露井联采下露采边坡岩体破坏规律存在明显的3个破坏分区,地下开采导致上述3个分区存在不同的变形特征,其露井联采边界参数是决定3个分区稳定的关键因素。通过对边界参数的优化分析,要确保安太堡南帮边坡岩体的稳定,地下与露天之间必须协调开采：其地下矿井需重新确定地下开切眼位置,即以Y=74 160为界以南布置地下开采工作面;露天矿开采考虑到安太堡南帮上部边坡岩体受地下开采影响明显,提出了南帮露天开采应采用“组合边坡”的设计思想,即+1 375以上平台岩土边坡角度应由原来的75°降低到62.58°。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

金川集团二矿区超深矿井地压分布规律研究

针对金川集团二矿区深井开采（采深超过1 000 m）地压显现较为明显的现状,在井下建立了深部地压在线微震监测系统,实现了对矿井地压活动的全天候连续监测分析,提取了金川集团二矿区深部开采产生的各种微震监测信号特征、识别模型和有效岩石破裂微震信号,得到了微震事件空间活动规律,揭示了深井开采地压分布规律,有效保障了矿山安全开采。     

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AWSST和GCV的矿山微震信号联合降噪新方法

由于露天矿山开采环境的复杂性和各异性,传感器采集得到的微震信号包含大量的噪声干扰,为了获得更加准确的微震信号特征,提出了基于自适应同步压缩小波变换（Adaptive Synchrosqueezing Wavelet Transform,AWSST）和广义交叉验证（Generalized Cross-Validation,GCV）的联合降噪方法,从而对微震事件定位和判断开挖过程中岩体状态提供可靠的数据保障。首先在自适应小波变换（Adaptive Wavelet Transform, AWT）的基础上,对每个尺度中的小波系数进行阈值化处理,利用GCV方法自动确定每个成分的最佳阈值水平,达到去除噪声的目的。然后,通过同步压缩变换（Synchrosqueezing Transform,SST）的后处理操作,在时频平面对小波变换系数进行二次重分配,从而提升时频表达的能量聚集性。最后,应用于微震信号的降噪处理,并与现有的时频分析方法进行比较,结果表明提出的联合去噪方法降噪效果更好、时频分析的分辨率更高。     

唐河县水泥厂废弃矿山地质环境特征与治理恢复探索

通过调查露天开采的废弃大理岩矿山,明确得出:矿区现有63个采坑,18处高陡边坡,3处废弃渣堆,20处石料堆,6处危岩体,1处不稳定斜坡,6处废弃建筑,土地损毁面积297679.41 m2,原有地质环境条件遭受了极大的破坏.为了消除矿区地质灾害、修复地形地貌景观及土地资源,基于地质工程情况,采用结构面赤平投影理论进行了分...