• / 5
  • 下载费用:1 下载币  

基于微地震监测技术的岩体失稳研究及其进展553815799

关 键 词:
基于 地震 监测 技术 失稳 研究 及其 进展 553815799
资源描述:
o. 3842008                            金     属     矿     山                          总 第 384期2008年 第 6期3 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 国 际 合 作 项 目 (编 号 : 50320120001) ,国 家自 然 科 学 基 金 项 目 (编 号 : 40674017)。史   红 ( 1968— ) ,女 ,山 东 交 通 学 院 土 木 工 程 系 ,博 士 ,副 教 授 ,250002山 东 省 济 南 市 六 里 山 路 5号 军 区 司 令 部 干 休 一 所 。· 专 题 综 述 ·基 于 微 地 震 监 测 技 术 的 岩 体 失 稳 研 究 及 其 进 展 3史   红 1, 2   成 云 海 2   王 存 文 2(1. 山 东 交 通 学 院 ; 2. 北 京 科 技 大 学 )摘   要   主 要 叙 述 了 国 内 外 微 地 震 监 测 技 术 在 定 位 方 法 和 技 术 以 及 工 程 应 用 等 方 面 的 发 展 概 况 ,重 点 介 绍 了微 地 震 监 测 技 术 在 矿 山 深 部 开 采 中 的 工 程 应 用 及 其 新 进 展 。 提 出 了 开 发 精 度 能 满 足 矿 山 岩 体 破 裂 精 确 定 位 要 求的 快 速 微 地 震 定 位 方 法 ,对 采 动 过 程 中 岩 层 和 煤 层 的 三 维 破 裂 进 行 动 态 跟 踪 监 测 ,对 微 地 震 事 件 与 矿 山 灾 害 关 系进 行 系 统 研 究 ,探 求 岩 体 破 裂 场 与 采 动 应 力 场 的 内 在 规 律 ,以 解 决 如 冲 击 地 压 、 煤 与 瓦 斯 突 出 等 矿 山 动 力 灾 害 的 预测 预 报 问 题 将 是 今 后 微 地 震 监 测 技 术 能 很 好 的 解 释 和 处 理 采 矿 领 域 问 题 的 关 键 及 研 究 重 点 ,并 介 绍 了 这 些 方 面 的最 新 研 究 成 果 。关 键 词   微 地 震 监 测 技 术   定 位 方 法   岩 体 破 裂 序 列   岩 层 运 动n a on 2   W 1 21U of m ic of m ic in m t is in m ic m to a id m ic of of m to ic of of in m p to of m so as to p s in m ic as in p M ic 在 长 期 的 地 下 岩 土 工 程 实 践 中 发 现 ,在 较高 的 应 力 水 平 ,特 别 是 在 采 动 的 影 响 下 ,岩 石 发 生 破坏 或 原 有 的 地 质 缺 陷 被 激 活 产 生 错 动 ,能 量 是 以 振动 波 的 形 式 释 放 并 传 播 出 去 ,因 此 ,围 岩 结 构 在 破 坏过 程 中 总 是 伴 随 着 声 发 射 现 象 。 由 于 微 地 震 是 岩 石材 料 变 形 、 裂 纹 开 裂 及 扩 展 过 程 的 伴 生 现 象 ,它 与 围岩 结 构 的 力 学 行 为 有 着 密 切 的 相 关 性 ,因 此 ,微 地 震信 号 中 包 含 了 大 量 的 关 于 围 岩 受 力 破 坏 以 及 地 质 缺陷 活 化 过 程 的 有 用 信 息 ,可 以 此 推 断 岩 石 材 料 的 力学 行 为 ,预 测 围 岩 结 构 是 否 发 生 破 坏 。 因 此 ,以 微 地震 监 测 为 基 础 ,结 合 其 它 学 科 最 新 科 技 成 果 ,对 岩 土工 程 灾 害 进 行 充 分 的 认 识 、 了 解 ,特 别 是 定 量 监 测 和预 测 ,是 一 个 重 要 的 研 究 趋 势 。 近 年 来 ,微 地 震 监 测已 在 石 油 、 水 利 、 土 建 及 矿 山 等 岩 土 工 程 中 逐 步 开 展起 来 ,并 取 得 了 宝 贵 经 验 ,国 内 外 一 些 学 者 采 用 微 地震 监 测 的 方 法 ,研 究 采 场 三 维 覆 岩 空 间 结 构 内 的 岩(煤 )体 的 破 裂 和 失 稳 ,取 得 了 一 定 的 成 果 。 但 是 ,用 于 采 矿 微 地 震 监 测 的 工 具 和 方 法 大 部 分 是 从 大 地地 震 移 植 过 来 的 ,其 精 度 不 能 满 足 矿 山 岩 体 破 裂 精确 定 位 要 求 的 ,也 缺 乏 微 地 震 事 矿 山 岩 体 破 裂 精 确定 位 要 求 的 快 速 微 地 震 定 位 方 跟 踪 监 测 ,对 微 地 震事 件 与 矿 山 灾 害 关 系 进 行 系 统 研 究 ,探 求 岩 体 破 裂场 与 采 动 应 力 场 的 内 在 规 律 ,以 解 决 如 冲 击 地 压 、 煤与 瓦 斯 突 出 等 矿 山 动 力 灾 害 的 预 测 预 报 问 题 将 是 今后 微 地 震 监 测 技 术 能 很 好 的 解 释 和 处 理 采 矿 领 域 问题 的 关 键 及 研 究 重 点 。·1·© 1994   微 地 震 技 术 在 采 动 岩 体 破 裂 失 稳 监 测 方 面 的 国内 外 研 究 现 状岩 石 在 应 力 作 用 下 发 生 破 坏 ,产 生 微 震 ,通 过 在采 动 区 内 布 置 多 组 检 波 器 并 实 时 采 集 微 震 数 据 ,经数 据 处 理 后 ,可 确 定 破 裂 发 生 的 位 置 ,并 在 三 维 空 间上 显 示 出 来 。 与 传 统 技 术 相 比 ,微 震 定 位 监 测 具 有远 距 离 、 动 态 、 三 维 、 实 时 监 测 的 特 点 ,还 可 根 据 震 源情 况 确 定 破 裂 尺 度 和 性 质 。 该 技 术 是 在 近 年 来 计 算机 和 数 据 采 集 技 术 快 速 发 展 的 基 础 上 得 到 快 速 发展 。 目 前 微 地 震 的 研 究 和 应 用 主 要 集 中 在 以 下 方面 。1. 1  在 采 动 岩 体 破 坏 监 测 中 的 应 用在 上 世 纪 40年 代 ,美 国 将 微 地 震 法 应 用 于 冲 击地 压 的 探 测 ,但 由 于 仪 器 价 格 昂 贵 、 精 度 不 高 、 监 测结 果 不 明 显 而 未 能 广 泛 推 广 。 直 到 近 10 随 着地 球 物 理 学 的 进 展 ,特 别 是 数 字 化 地 震 监 测 技 术 的应 用 ,为 小 范 围 内 的 、 信 号 较 微 弱 的 微 地 震 研 究 提 供了 必 要 的 技 术 基 础 。 微 地 震 监 测 技 术 在 一 些 重 大 地下 岩 石 工 程 (如 地 热 水 压 致 裂 、 水 库 大 坝 、 石 油 、 核废 料 处 理 等 )中 得 以 应 用 。1. 1. 1  国 外 微 地 震 在 采 动 岩 体 破 裂 监 测 的 应 用近 十 几 年 来 ,加 拿 大 、 澳 大 利 亚 、 南 非 、 波 兰 等 国家 的 一 些 学 者 采 用 微 地 震 监 测 方 法 ,研 究 采 动 岩(煤 )体 的 三 维 破 裂 和 失 稳 ,取 得 了 一 定 成 果 。 加 拿大 金 斯 敦 的 工 程 地 震 组 织 要 研 究 方 向 为 岩 石 地 下 工 程 微 地 震 系统 的 构 建 、 微 地 震 信 号 采 集 、 处 理 及 分 析 ,编 制 的 软件 可 以 实 时 进 行 微 地 震 事 件 定 位 。 南 非 约 翰 内 斯 堡地 区 的 深 井 金 矿 区 、 加 拿 大 安 大 略 省 萨 德 伯 里 盆 地的 金 属 矿 区 、 美 国 爱 达 荷 州 北 部 的 科 达 伦 多 金 属 矿区 和 澳 大 利 亚 西 部 的 金 矿 开 采 区 的 深 井 矿 山 和 高 应力 矿 山 都 普 遍 采 用 了 微 震 监 测 技 术 来 监 测 深 部 矿 床开 采 地 压 问 题 ;澳 大 利 亚 联 邦 科 学 与 工 业 研 究 院992年 开 始 对 采 矿 诱 发 的 微 地 震 现 象 进行 研 究 [ 124 ]。 在 对 昆 士 兰 州 的 高 登 斯 通 矿 以 及 其 它几 个 矿 区 的 微 地 震 活 动 进 行 研 究 后 发 现 ,在 采 煤 面连 续 推 进 过 程 中 ,其 周 围 岩 层 的 微 地 震 活 动 表 现 出一 种 规 律 化 的 模 式 ,表 明 在 采 矿 过 程 中 ,其 周 围 岩 层的 地 质 缺 陷 及 其 断 层 等 会 受 到 采 动 的 影 响 而 被 激活 ,产 生 相 应 的 运 动 ,这 种 结 构 性 的 运 动 会 影 响 到 整体 响 应 ,以 至 于 在 远 离 工 作 面 几 百 米 的 地 方 也 会 发生 微 地 震 活 动 。 1999年 8月 — 2000年 6月 ,在 ,对 采 矿 引 发 的 微 地 震 进 行 了 布 网 监 测 ,步证 明 微 地 震 可 在 现 场 附 近 进 行 观 测 并 能 对 其 进 行 比较 精 确 的 定 量 研 究 。 到 目 前 为 止 ,澳 大 利 亚 联 邦 科学 与 工 业 研 究 院 C 成 15个 矿 的 微 震 监 测试 验 ,积 累 了 大 量 的 现 场 经 验 ,为 微 地 震 监 测 工 作 的广 泛 开 展 和 进 一 步 研 究 打 下 了 良 好 基 础 。 微 地 震 监测 技 术 在 国 外 的 深 井 矿 山 和 高 地 应 力 矿 山 的 地 压 安全 监 测 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 ,已 成 为 深 部 地 压 研 究和 管 理 的 一 个 基 本 手 段 。1. 1. 2  国 内 微 地 震 在 采 动 岩 体 破 裂 监 测 的 应 用澳 大 利 亚 联 邦 科 学 与 工 业 研 究 组 织 (与我 国 的 兴 隆 庄 煤 矿 进 行 了 微 地 震 方 面 的 研 究 与 合 作(2001年 ) ,试 验 结 果 证 明 可 以 有 效 地 确 定煤 矿 生 产 中 断 裂 带 与 垮 落 带 的 区 域 ,它 能 够 揭 示 采煤 工 作 面 周 期 来 压 、 断 裂 带 与 垮 落 带 的 边 坡 角 、 地 下应 力 场 的 分 布 特 征 等 生 产 规 律 [ 5 ] ;北 京 科 技 大 学 姜福 兴 教 授 领 导 的 课 题 组 2005年 在 国 家 自 然 科 学 基金 国 际 重 大 合 作 项 目 “ 煤 矿 覆 岩 破 裂 灾 变 的 机 理 、监 测 与 控 制 研 究 ” 的 支 持 下 ,研 究 了 相 互 关 联 的 岩层 运 动 与 灾 变 理 论 、 微 地 震 监 测 与 岩 层 控 制 三 个 方面 的 内 容 [ 6 ]。 借 助 于 课 题 组 研 发 的 、 具 有 自 主 知 识产 权 的 井 下 微 地 震 定 位 监 测 设 备 ,系 统 地 监 测 了 不同 边 界 条 件 的 采 场 覆 岩 运 动 规 律 ,初 步 提 出 了 较 为系 统 的 覆 岩 空 间 结 构 理 论 ;监 测 了 山 东 华 丰 煤 矿 冲击 地 压 煤 层 (四 层 煤 )及 其 解 放 层 (六 层 煤 )开 采 过程 中 的 岩 层 破 裂 过 程 和 二 次 应 力 场 分 布 变 化 的 过程 ,研 究 了 煤 矿 冲 击 地 压 与 岩 层 在 三 维 空 间 破 裂 之间 的 关 系 ,提 出 了 预 测 冲 击 地 压 的 新 方 法 ,较 好 地 解决 了 冲 击 煤 层 的 解 放 层 开 采 参 数 确 定 和 高 应 力 区 域动 态 定 位 预 测 难 题 ;采 用 微 地 震 定 位 监 测 准 确 地 确定 了 华 丰 煤 矿 和 鲁 西 煤 矿 两 个 工 作 面 的 导 水 裂 隙 带的 高 度 和 形 状 ,为 防 止 突 水 淹 井 、 优 化 开 采 设 计 和 提高 开 采 上 限 提 供 了 可 靠 的 依 据 ,较 好 地 解 决 了 矿 井突 水 通 道 预 测 和 开 采 上 限 确 定 的 难 题 。李 庶 林 利 用 微 震 监 测 技 术 对 凡 口 铅 锌 矿 深 部 矿床 地 压 灾 害 进 行 了 监 测 ,通 过 对 传 感 器 布 置 优 化 分析 ,绘 出 传 感 器 布 置 的 一 个 优 化 分 析 结 果 的 震 源 定位 等 值 线 实 例 图 ,并 采 用 人 工 放 炮 产 生 的 震 源 对 微震 监 测 系 统 的 震 源 定 位 性 能 进 行 测 试 ,绘 出 测 试 结果 和 系 统 监 测 定 位 图 ,通 过 对 实 际 测 量 和 系 统 监 测分 析 结 果 的 比 较 ,表 明 监 测 系 统 对 震 源 具 有 较 高 的定 位 精 度 ,该 套 系 统 还 可 以 对 深 部 采 区 的 大 爆 破 余震 进 行 监 测 ,判 断 目 前 采 区 围 岩 的 稳 定 程 度 [ 7 ] ;唐绍 辉 提 出 了 以 岩 体 声 发 射 参 数 为 基 本 评 价 指 标 的 采·2·总 第 384期                         金     属     矿     山                       2008年 第 6期© 1994 ,从 原 理 和 实 际 测 试 结 果 上 论述 了 这 些 方 法 的 合 理 性 、 可 靠 性 与 实 用 性 ,为 金 属 矿山 采 场 顶 板 安 全 管 理 提 出 了 一 种 科 学 简 便 的 新 方法 [ 8 ] ;李 庶 林 根 据 竖 井 围 岩 声 发 射 事 件 率 和 声 传 播速 度 的 监 测 结 果 ,采 用 分 形 理 论 与 岩 体 完 整 性 系 数法 评 价 了 凡 口 铅 锌 矿 新 副 井 围 岩 的 稳 定 性 [ 9 ] ;为 了岩 体 局 部 预 报 冒 落 事 故 ,李 俊 平 在 武 山 铜 矿 南 矿 开展 了 声 发 射 ( 场 试 验 ,并 在 块 体 分 析 的 基 础 上布 置 了 孔 ,结 果 保 证 了 采 矿 安 全 ,提 高 了 预报 准 确 率 [ 10 ] ;逄 焕 东 通 过 对 微 地 震 现 象 的 定 位 和 一些 参 数 如 频 率 、 能 量 、 分 维 数 等 的 分 析 ,说 明 了 它 们在 灾 害 预 报 中 的 作 用 [ 11 ]。1. 2  微 地 震 定 位 技 术 研 究微 地 震 事 件 的 定 位 是 岩 体 微 地 震 研 究 中 的 关 键技 术 ,是 分 析 微 破 裂 时 空 演 化 和 破 裂 机 制 、 进 而 分 析岩 体 破 裂 过 程 和 失 稳 前 兆 的 基 础 。1. 2. 1  微 地 震 定 位 的 物 理 模 型 及 其 数 学 算 法微 地 震 定 位 的 物 理 模 型 及 其 数 学 算 法 的 研 究 多集 中 在 岩 石 声 发 射 定 位 方 面 ,早 期 的 定 位 多 基 于 声发 射 事 件 在 少 数 (4个 或 多 于 4个 )传 感 器 上 的 到 时 差 ,建 立 在 均 匀 速 度 模 型 的 基 础 上 ,用 解 析算 法 或 最 小 二 乘 法 对 事 件 进 行 一 维 和 二 维 定 位 ,由于 实 验 设 施 所 限 ,通 道 少 ,定 位 精 度 远 不 能 满 足 实 验研 究 的 需 要 。 随 着 声 发 射 观 测 技 术 的 不 断 提 高 ,国内 外 许 多 学 者 对 声 发 射 定 位 技 术 及 其 应 用 方 面 进 行了 研 究 。 了 32通 道 的 系 统 , 在 定 位 方 法 上 采 用 的 是 美 国 矿 物 局(理 论 ; 发 射 定 位 中 使 用 了线 性 最 小 二 乘 迭 代 算 法 ,并 提 出 了 判 断 定 位 结 果 合理 性 的 准 则 ; , N , 利 用试 验 中 的 实 时 测 量 数 据 修 正 波 速 场 模 型 ,提 高 定 位精 度 ;刘 力 强 提 出 了 列 阵 降 幂 和 预 标 定 搜 索 2种 定位 方 法 ,标 定 搜 索 两 种 定 位 方 法 ,其 中 列 阵 降 幂 法 通过 调 整 各 传 感 器 阵 列 位 置 和 改 善 定 位 方 程 来 避 免 引入 目 标 函 数 时 造 成 的 多 解 情 况 [ 12 ] ;许 昭 永 等 在 定 位运 算 中 采 用 了 阻 尼 最 小 二 乘 法 并 采 用 了 费 马 原理 [ 13 ] ;雷 兴 林 运 用 联 合 反 演 的 思 想 ,研 究 了 标 本 三维 各 向 异 性 波 速 场 的 反 演 及 声 发 射 定 位 的 基 本 理 论和 方 法 [ 14 ] ;蒋 海 昆 建 立 了 慢 度 离 差 模 型 ,并 引 入 了遗 传 算 法 进 行 声 发 射 定 位 ,适 合 于 含 复 杂 构 造 或 介质 不 均 匀 的 样 品 定 位 ,遗 传 算 法 能 避 免 在 求 解 定 位方 程 时 可 能 出 现 的 复 数 解 、 无 物 理 意 义 解 等 问题 [ 15 ] ;胡 新 亮 针 对 含 复 杂 结 构 的 岩 样 ,提 出 了 对 速度 结 构 依 赖 较 少 的 相 对 定 位 算 法 [ 16 ]。适 合 于 岩 土 工 程 小 尺 度 条 件 的 微 地 震 定 位 采 用时 差 定 位 方 法 ,物 理 模 型 及 其 数 学 算 法 多 借 鉴 声 发射 定 位 的 研 究 。 姜 福 兴 教 授 利 用 到 时 差 ,采用 时 差 定 位 方 法 ,利 用 牛 顿 线 性 迭 代 法 以 及 相 关 提高 定 位 精 度 的 去 噪 技 术 ,编 制 了 基 于 位软 件 ,使 定 位 结 果 的 空 间 表 现 更 为 合 理 ,更 接 近 于 岩层 破 裂 的 实 际 情 形 ,该 技 术 在 山 东 华 丰 和 鲁 西 2座煤 矿 的 微 地 震 监 测 中 获 得 成 功 [ 17 ] ;王 焕 义 采 用 初 次定 位 和 修 正 定 位 的 二 次 定 位 方 法 ,依 据 岩 体介 质 中 以 常 速 度 传 播 为 假 设 ,迭 代 求 解 条 件 方 程 采用 正 规 化 过 程 ,并 对 数 据 做 了 多 种 加 权 ,对 定 位 结 果给 出 质 量 评 估 [ 18 ] ;煤 炭 科 学 总 院 西 安 分 院 的 石 显 鑫等 通 过 分 析 时 差 ,建 立 并 求 解 超 定 方 程 组 ,也 给 出 了现 场 位 的 方 法 [ 19 ]。随 着 计 算 方 法 和 计 算 机 技 术 的 发 展 ,许 多 非 线性 定 位 方 法 得 到 发 展 ,非 线 性 定 位 方 法 能 够 很 好 地解 决 在 求 目 标 函 数 极 小 值 时 避 免 陷 入 局 部 极 小 点 的问 题 ,其 中 一 种 直 接 搜 索 目 标 函 数 极 小值 的 有 效 方 法 ;而 遗 传 算 法 是 一 种 非 线 性 全 局 优 化方 法 。 随 着 多 学 科 的 相 互 交 流 与 渗 透 ,其 他 学 科 的最 优 化 方 法 也 得 以 借 鉴 ,如 生 物 学 的 遗 传 算 法 和 物理 学 的 模 拟 退 火 法 等 ,尤 其 是 近 年 来 基 于 现 代 数 字地 震 观 测 技 术 和 科 学 计 算 以 及 计 算 机 技 术 的 智 能 化数 值 自 动 定 位 方 法 得 到 迅 速 发 展 。1. 2. 2  微 地 震 定 位 仪 器国 内 外 开 发 研 制 了 很 多 仪 器 设 备 。 国外 澳 大 利 亚 联 邦 科 学 与 工 业 研 究 组 织 (研 制了 ,用 于 微 地 震 的 检 测 和 定 位 ,取 得 了比 较 满 意 的 效 果 ;加 拿 大 开 发 了 ,它 能够 识 别 波 的 类 型 ,即 P、 噪 音 ,并 且 可 以 确 定出 微 地 震 位 置 及 其 可 信 度 。 现 在 美 国 和 加 拿 大 广 泛采 用 了 于 监 测 预 报 可 能 发 生 冒 顶 的 地段 及 其 发 生 的 时 间 ,俄 罗 斯 也 研 制 了 类 似 的 地 震 声学 监 测 仪 器 ,如 波 兰 的 S/ 系 统 ,用 于 监 测 小 型 矿 震 ,特 点 是 可监 测 小 震 级 破 裂 事 件 ,采 用 分 布 式 结 构 ,定 位 精 度50~ 100 m,左 右 适 合 采 区 尺 度 。北 京 科 技 大 学 的 姜 福 兴 教 授 领 导 的 课 题 组 研 制完 成 煤 矿 井 下 防 爆 型 监 测 仪 器 并 获 得 了 专 利 ,开 发了 与 之 配 套 的 工 程 应 用 软 件 。 这 套 系 统 的 特 点 是 集成 度 高 ,防 爆 ,可 以 实 现 井 下 和 地 面 的 通 讯 。 通 过 2座 煤 矿 的 应 用 ,证 明 在 精 度 、 可 靠 性 、 监 测 范 围 等 方·3·史   红 等 :基 于 微 地 震 监 测 技 术 的 岩 体 失 稳 研 究 及 其 进 展                       2008年 第 6期© 1994 ,完 全 满 足 煤 矿 的 要 求 。 同 时 ,课 题 组 解 决 了 煤 矿井 下 向 上 钻 孔 内 检 波 器 “ 串 ” 的 安 装 方 法 这 一 技 术难 题 ,开 发 研 制 了 2种 检 波 器 及 其 安 装 方 法 ,“ 液 压安 装 法 ” 适 用 于 钻 孔 深 度 在 50 的 中 硬 及 硬岩 层 ,且 检 波 器 可 以 回 收 复 用 ; “ 药 包 安 装 法 ” 适 用于 软 弱 的 岩 层 和 深 度 50~ 100 孔 。 这 2种 方法 已 经 在 现 场 试 验 成 功 并 开 始 在 工 程 中 应 用 。 长 沙矿 山 研 究 院 李 庶 林 博 士 在 凡 口 铅 锌 矿 建 成 了 我 国 首套 16通 道 全 数 字 型 微 地 震 监 测 系 统 ,该 套 监 测 系统 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 ,可 进 行 全 天 候 实 时 监 测 。2  已 取 得 的 研 究 成 果2. 1  基 于 非 线 性 优 化 方 法 的 微 地 震 定 位 方 法根 据 微 地 震 监 测 原 理 ,各 个 传 感 器 的 坐 标 和 它所 接 收 到 信 号 的 时 刻 是 已 知 的 ,未 知 的 是 微 震 发 生的 位 置 和 时 刻 。 设 微 地 震 震 源 位 置 的 空 间 坐 标 为( ,微 地 震 发 生 时 间 为 ( 为 各监 测 站 (检 波 器 ) 的 空 间 坐 标 , 传 感 器 监 测 到 微震 信 号 的 达 时 间 ,假 定 常 速 度 ,则 M m 个 检 波 器 的 走 时 关 系 满 足 走 时 方 程 x) = ( 2 + ( 2 +( 2 - 2 = 0 x) = ( 2 + ( 2 +( 2 - 2 = 0 x) = ( 2 + ( 2 +( 2 - 2 = 0 x) = ( 2 + ( 2 +( 2 - 2 = 01 (1)走 时 方 程 为 非 线 性 方 程 组 ,可 利 用 工 具 箱 中 的 命 令 求 解 ,并 可 基 于 定 位 软 件 。 图 1为 华 丰 矿 2005年 1月 20日 12点 39分 49秒 震 事 件 的 定 位 结 果 ,对 照 采区 平 面 图 、 剖 面 图 ,定 位 结 果 在 x = 3 200 ~ 3 230、 y= 4 970~ 5 100,此 时 四 层 煤 工 作 面 的 位 置 在 走 向 y= 4 845附 近 ,破 裂 区 域 离 工 作 面 的 距 离 较 远 ,且 破裂 区 域 内 有 不 同 走 向 的 多 条 断 层 通 过 ,可 以 断 定 破裂 的 起 因 应 为 断 层 的 活 化 。2. 2  岩 体 破 裂 微 地 震 事 件 的 展 示岩 层 的 破 裂 是 一 渐 进 的 过 程 ,微 地 震 信 号 中 包含 着 岩 层 破 裂 运 动 的 信 息 ,微 地 震 定 位 结 果 揭 示 的岩 层 破 裂 应 是 一 个 破 裂 区 域 。 将 一 定 时 间 段 内 的 定图 1  微 地 震 定 位 结 果位 结 果 展 绘 在 采 区 平 面 图 和 剖 面 图 上 ,可 以 显 示 在一 定 时 间 段 内 随 工 作 面 的 推 进 岩 层 的 破 裂 情 况 。 如图 2为 华 丰 矿 2005年 1月 20日 的 微 地 震 定 位 结果 ,四 层 煤 工 作 面 在 y = 4 850附 近 ,岩 层 的 破 裂 总体 上 分 为 3个 区 域 ,一 个 区 域 是 工 作 面 后 方 的 破 裂点 ,在 y = 4 800~ 4 900,在 1月 20日 全 天 ,此 区 域内 破 裂 点 无 变 化 ,说 明 此 区 域 内 岩 层 的 破 裂 趋 于 稳定 ;一 个 区 域 约 在 y = 4 930~ 4 970,此 区 域 的 破 裂大 约 距 工 作 面 的 距 离 为 80~ 100 m ,应 为 工 作 面 前方 的 岩 层 断 裂 产 生 的 ,随 工 作 面 的 推 进 ,此 区 域 内 的岩 层 破 裂 点 的 数 量 增 加 ,说 明 岩 层 的 破 裂 程 度 加 剧 ;其 余 的 破 裂 点 为 第 三 区 域 ,此 区 域 内 的 破 裂 点 集 中在 断 层 破 碎 带 附 近 ,主 要 集 中 在 y = 5 000~ 5 100,断 层 带 活 化 的 距 离 在 工 作 面 前 方 近 300 m ,断 层 带活 化 引 起 的 岩 层 破 裂 ,开 始 发 生 在 断 层 破 碎 带 之 间的 较 完 整 的 岩 层 范 围 内 ,随 后 ,随 着 破 裂 的 加 剧 ,岩层 的 破 裂 发 展 到 断 层 破 碎 带 范 围 内 ,形 成 范 围 更 大的 破 碎 带 。图 2  华 丰 矿 微 地 震 定 位 结 果 (2005201220)3  今 后 的 研 究 重 点目 前 微 地 震 研 究 所 提 供 的 信 息 多 局 限 于 微 震 事件 发 生 数 量 、 频 度 和 简 单 的 定 位 ,对 于 引 起 微 震 事 件的 震 源 机 制 、 不 同 类 型 的 岩 石 破 坏 表 现 出 的 微 震 模式 、 微 震 事 件 对 可 能 发 生 的 顶 板 破 坏 、 岩 爆 、 突 水 以及 瓦 斯 突 出 等 重 大 灾 害 事 故 的 预 测 预 报 等 ,尚 处 于·4·总 第 384期                         金     属     矿     山                       2008年 第 6期© 1994 ,需 进 一 步 研 究 。3. 1  适 合 小 尺 度 条 件 的 高 精 度 微 地 震 实 时 定 位 方法微 地 震 信 号 中 包 含 了 大 量 的 关 于 围 岩 受 力 破 坏以 及 地 质 缺 陷 活 化 过 程 的 有 用 信 息 。 由 于 每 天 监 测到 的 微 震 信 号 数 量 非 常 大 ,采 用 人 工 识 别 微 地 震 波并 手 动 拾 取 初 始 到 时 不 但 工 作 量 大 且 存 在 准 确 性差 、 到 时 拾 取 标 准 不 统 一 等 问 题 ,因 此 如 何 快 速 准 确地 在 海 量 微 震 信 号 中 提 取 有 价 值 的 信 息 是 实 现 实 时快 速 定 位 的 基 础 。煤 矿 开 采 所 监 测 的 区 域 为 方 圆 几 百 米 的 小 区域 ,围 岩 破 裂 的 分 布 区 域 相 对 于 大 地 地 震 区 域 而 言很 小 ,从 大 地 地 震 移 植 过 来 的 工 具 和 方 法 其 精 度 不能 满 足 矿 山 岩 体 破 裂 精 确 定 位 要 求 。 因 此 优 化 定 位物 理 模 型 和 数 学 算 法 、 提 高 定 位 精 度 、 开 发 针 对 现 场工 程 条 件 的 定 位 软 件 是 实 现 实 时 快 速 定 位 的 关 键 。3. 2  岩 体 破 裂 场 与 应 力 场 内 在 规 律 的 描 述通 过 微 地 震 监 测 系 统 ,对 矿 山 微 震 事 件 快 速 定位 ,基 于 多 点 定 位 信 息 确 定 岩 石 破 裂 发 展 过 程 及 岩石 破 裂 类 型 的 识 别 ,对 采 动 过 程 中 岩 层 和 煤 层 的 三维 破 裂 规 律 进 行 动 态 跟 踪 监 测 ,研 究 采 动 条 件 下 岩体 破 裂 场 与 采 动 应 力 场 之 间 的 关 系 ,为 矿 山 灾 害 预测 预 报 及 控 制 提 供 理 论 依 据 和 应 用 方 法 。4  结   语(1)微 地 震 监 测 能 很 好 的 解 释 和 处 理 采 矿 领 域的 工 程 问 题 的 关 键 是 提 高 微 地 震 定 位 的 精 度 ,对 微震 事 件 和 矿 山 灾 害 的 关 系 进 行 系 统 研 究 ,因 此 ,应 从微 地 震 监 测 的 工 具 和 方 法 上 进 行 改 进 。(2)微 地 震 监 测 是 在 地 球 物 理 、 岩 体 力 学 和 矿山 灾 害 预 测 的 学 科 交 叉 点 上 研 究 围 岩 的 三 维 破 裂 和失 稳 ,是 地 球 物 理 和 矿 山 安 全 领 域 的 前 沿 课 题 。(3)微 地 震 研 究 必 须 与 岩 石 (断 裂 )力 学 、 矿 压理 论 等 专 业 理 论 知 识 有 机 地 结 合 ,才 能 更 有 效
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:基于微地震监测技术的岩体失稳研究及其进展553815799
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-63743.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开