深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究

以锦屏二级水电站TBM开挖的深埋隧洞为工程背景,基于微震监测数据和岩爆实例,研究了深埋隧洞TBM掘进过程中微震与岩爆时空分布特征及岩爆孕育过程微震演化规律。结果表明:(1)微震活跃期和岩爆高发期处于TBM作业时段及停机后的1 h以内;微震活动范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方0.4倍洞径之间,其峰值位于掌子面后方0.8倍洞径附近;而岩爆主要发生在掌子面后方2倍洞径以内,尤其是掌子面后方1倍洞径以内是岩爆高发区;可见,微震与岩爆具有良好的时空相关性。(2)在时间序列上,微震能突增现象,以及累积视体积快速上升而Schmidt数急剧下降的现象均属微震活动异常,属岩爆前兆。(3)在空间序列上,微震事件逐渐向某个区域高度集结且大震级高能量事件不断增多的现象属微震活动异常,预示高岩爆风险,属岩爆前兆。     

不同开挖方式下深埋隧洞微震特性与岩爆风险分析

在分析钻爆法和TBM法开挖下围岩应力状态的基础上,基于锦屏二级水电站深埋隧洞微震监测数据,对比研究了钻爆法和TBM法开挖条件下深埋隧洞的微震特性及岩爆风险。结果表明:1钻爆法开挖引起的围岩应力集中距洞壁较远,形成的应力梯度较小;而TBM法开挖引起的围岩应力集中临近洞壁,形成的应力梯度较大。2钻爆法开挖时围岩应变能主要集中在爆破后数小时,尤其是在1 h内释放,而TBM法以连续的方式开挖卸载,剧烈的能量释放伴随着施工全过程。3TBM法开挖导致的事件震级及震源破裂尺度均比钻爆法开挖引起的大。4钻爆法开挖时,围岩积聚的应变能大多以岩体破裂的形式耗散,以岩爆形式显现的较少;而TBM法开挖时,围岩应变能常逐次释放,导致事件频繁发生,而且部分应变能以岩爆形式显现,一般地,同一小范围内常多次发生轻微岩爆,高等级岩爆孕育过程中常伴有低等级岩爆,如中等岩爆发生前伴有轻微岩爆,强烈岩爆孕育过程中伴有轻微和(或)中等岩爆,以此类推。综合上述研究结果认为,在具有强岩爆风险的深埋隧洞中,就防治岩爆而言,钻爆法优于TBM法。     

Geothermal exploration of kos island, Greece: Magnetotelluric and microseismicity studies

This paper reports the results of magnetotelluric (MT) and microseismicity studies, conducted as part of a multi-disciplinary project to explore the geothermal potential of the island of Kos, Greece. The MT survey, comprising 18 soundings, was carried out in the bandwidth 128 Hz–40 s, in order to determine the deep conductivity structure in the geothermally prospective western part of the island. Rigorous dimensionality analysis has indicated that the geoelectric structure could adequately be approximated with 1-D interpretation tools. Two significant and seemingly communicating conductive zones of potential geothermal interest were found within the first 2 km. The first is extensive and shallow, detected at depths of 400–600 m; the second is deeper (1000–1300 m), but of considerably smaller lateral dimensions. A very deep relative conductor (<25 Ωm) was also detected at depths of 7–10 km, which is thought to comprise part of an old magma chamber with brine-saturated rocks. The microseismicity studies revealed the partial or total attenuation of shear waves in many microearthquake records. The analysis of these observations determined the vertical and lateral extent of that attenuation zone, the greatest part of which is located underneath the marine area between western Kos and Nissyros island to the south, extending approximately from near the surface to about 1.5 km depth. The nature of this zone is discussed in terms of fluid concentration due to the geothermal system of the area.     

高位硬厚岩层破断规律及其动力响应分析

 以杨柳煤矿10416工作面高位硬厚岩浆岩条件为背景,建立高位硬厚岩层三边固支一边简支弹性薄板力学模型,利用瑞利–里兹法,推导出硬厚岩层挠曲函数与应力近似解析式,得到破断跨度的计算式,并根据覆岩破裂形态提出破断步距的计算方法。采用微震、支架压力及地表下沉等监测分析,揭示高位硬厚岩层破断失稳规律及其动力响应。研究表明：高位硬厚岩层破断前的挠度最大点为(x =a /2,y =13b/(10π)) (a为硬厚岩层走向悬露长度,b为硬厚岩层沿倾向的悬露长度);当a＜1.049b时,硬厚岩层首先沿倾向固支边发生破断,否则首先沿走向固支边发生破断;硬厚岩层初次破断形式为沿走向对称而沿倾向非对称的“O-X”型,且破断后侧向跨度固支侧大于简支侧。高位硬厚岩层破断及运移过程中微震活动加剧,产生强微震活动,破断失稳期间支架压力显著升高,并引起地表下沉明显变化。高位硬厚岩层破断失稳引起强烈的动力响应,采用理论计算和微震监测可以进行分析预测。     

基于微震监测与数值模拟的大岗山右岸边坡抗剪洞加固效果分析

 大岗山水电站坝址区右岸边坡高、陡,地应力较高,发育有辉绿岩脉、卸荷裂隙密集带及中倾坡外的断层等不利组合体,使边坡岩体的性状急剧下降,在边坡开挖过程中曾出现若干条宏观裂缝,对施工期边坡稳定性构成极大威胁。将实际微震监测技术与符合岩石类准脆性材料本构关系的RFPA3D数值模拟相结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究结果证实抗剪洞加固措施的合理性,发现经抗剪洞回填混凝土置换处理后的结构体抗剪阻滑力大幅增加,加固后单月发生的微震事件数减少66.4%,边坡安全系数也较加固前增大了51.2%。但由于复杂的坡体结构,使得在边坡开挖过程中仍然存在局部失稳的可能,建议应随着施工作业对剪出口进行锁固,并在后期大坝浇筑过程中对抗剪洞未贯通区域的岩体微破裂情况和卸荷裂隙带XL–316与f231断层交界处的岩体变形情况进行重点监测。     

基于关联因素前兆监测的冲击地压发生区域与时期初探

 为对后续开采活动起到警示作用,在强冲击危险区域,采用现场实测的方法得到冲击地压、微震、顶板破断以及采动应力分布等数据,并进行关联规律分析。分析结果表明：超前支承压力影响区域是冲击地压、微震事件的主要发生区域,但冲击地压还会发生在超前支承压力影响之外的微震活动区;基本顶垮断周期、本工作面与邻近采空区沟通导致高位岩层见方垮断周期以及微震活动周期是冲击地压发生的可能时期;以上3个周期近似同步时,超前支承压力影响范围内冲击地压发生概率明显增加。     

煤矿覆岩空间结构OX-F-T演化规律研究

 煤矿工作面高强度、大尺度快速推进,导致采场覆岩运动范围增大,空间结构复杂。多工作面情况下,工作面与采空区覆岩结构协同运动,相互影响,造成的矿山动力灾害,称之为覆岩空间结构失稳型动力灾害。根据工作面上覆岩层边界状态的不同,将覆岩空间结构分为OX,F与T型3类。研究OX-F-T演化特征,即顶板O-X破断形成的OX结构为覆岩基本形式,同时又作为相邻工作面的边界条件,一侧为OX结构形成F型覆岩结构,两侧存在OX则形成T型覆岩结构。阐述不同结构的断裂运动规律,并将各结构进行详细分类。利用现场SOS微震监测系统,分别选取代表OX,F与T覆岩结构的单一工作面、双工作面、孤岛工作面,分析各工作面开采过程中的震源分布规律。针对不同覆岩结构特征,提出不同的防治措施,为冲击震动的预防工作提供理论指导。     

利用残差网络和地震发射层析成像的微地震事件检测

地震发射层析成像(Seismic emission tomography,SET)是一种适用于地面微地震监测的震源定位方法,该方法利用地面众多站点监测的信号对储层特定范围分层成像,通过图像判定微地震事件并确定震源坐标。传统处理方法通常采用人工看图判断一段信号的SET是否包含有效微地震事件。然而人工判别方法难以完成对海量监测数据的全部处理,无法充分发挥SET方法的优势。针对此问题,采用残差网络对微地震监测数据的SET数据进行处理,实现微地震事件自动识别。首先,利用合成数据和实际油井的水力压裂地面微地震监测数据进行SET,构建SET图像样本数据集;然后对残差网络进行训练和测试,得到事件识别准确率最高的残差网络模型;再使用训练好的残差网络对不同信噪比的合成信号,以及多口油气井的地面微地震监测信号的SET数据进行事件检测。测试结果表明,基于残差网络和SET的方法能够有效检测微地震事件,且具有较强的抗噪能力和泛化能力。     

用采矿诱发微震法判别岩体性态特性

本文介绍在加拿大矿山应用微震技术描绘活性裂隙、评估应力变化以及判断大规模震动和发生岩爆条件的研究。该研究表明：可利用微震法判断活性裂隙的方位、确定异常应力区范围以及可能发生岩爆的区域、掌握局部应力对剪切破坏所起的作用，并且可确定与远距离诱发岩爆相关的应力变化路径。岩爆可能发生的特征是沿断层面方向微震显著增加并伴随有效应力增高。因此，微震分析法可作为远距离监测采矿引起的岩体性态变化的方法。     

岩爆的分形特征和机理

本文应用分形几何和损伤力学研究了岩爆诱发的微地震。使用分形的数目—半径关系考察了已报导的微地震事件的位置分布,发现它具有集聚(cluster)分形结构。当接近一个主岩爆时,微地震事件的集聚程度明显增加,并相应地出现分形维数值的减小。最低的分形维数值通常出现在一个主岩爆临近产生之时。这样,分形维数的变化就有可能用来进行岩爆的预测预报。这种变化与地震学中强震发生前的降维现象(b值减小)是完全一致的,我们使用损伤力学和分形概念从理论上分析了岩爆的分形和物理机理。研究表明:一个强的破坏(岩爆或地震)实际上等效于岩体内破裂的一个分形集聚。这个破裂的分形集聚所需能量耗散E随分形维数D的减小而按指数律增加:D=C_1exp[—C_2E]这样,岩爆和地震的分形自然在理论上得到很好的解释,并由此人们能更好地去理解岩爆和地震的发生和发展。