場地地震穩(wěn)定性

本文格式為Word版，下載可任意編輯——場地地震穩(wěn)定性

微地震監(jiān)測技術(shù)穩(wěn)定性監(jiān)測探討

微地震監(jiān)測技術(shù)穩(wěn)定性監(jiān)測探討０引言縱覽全球礦業(yè)開發(fā)趨勢，南非地區(qū)的Ｔａｕ－Ｔｏｎａ金礦、ＥａｓｔＲａｎｄ金礦、Ｍｐｏｎｅｎｇ金礦、加拿大魁北克?。遥铮酰睿危铮颍幔睿洌釚|部的Ａｇｎｉｃｏ－Ｅａ－ｇｌｅ＇ｓＬａＲｏｎｄｅ礦的３號井、澳大利亞昆士蘭州ＭｏｕｎｔＩｓａ的硬巖礦、印度Ｋｏｌａｒ金礦、瑞典Ｋｒｉｓ－ｔｉｎｅｂｅｒｇ礦等采深均在千米以上；

國內(nèi)的遼寧紅透山銅礦、安徽冬瓜山銅礦、吉林夾皮溝金礦、河南靈寶??鑫金礦等開拓或開采深度已進入千米以上［１］。因此，隨著全球經(jīng)濟的進展，可以預(yù)計未來會有越來越多的礦山進入深部地層開采。

１礦山深部工程定義及力學特性深部工程以硬巖發(fā)生軟化的深度為界限，超過該界限深度的地下工程那么視為深部工程，分為十足深部工程和相對深部工程［２］，十足深部工程以開采深度為界定標準，一般指深度在１０００～１５００ｍ的開采工程；

相對深部工程是以展現(xiàn)巖爆、巖體大變形、瓦斯突出等工程苦難現(xiàn)象為界定標準。深部工程處在高地應(yīng)力、高地溫、高水壓力等綜合作用下，與淺部工程主應(yīng)力不同，有的深部工程以板塊構(gòu)造剩余應(yīng)力為主應(yīng)力。由于巖體處于繁雜力學狀態(tài)，巖體動力響應(yīng)通常具有突變性，流變特性鞏固，巖體呈脆性―延性轉(zhuǎn)化等性質(zhì)［２～４］，因此不能簡樸的劃分為塑性區(qū)、彈性區(qū)及原巖應(yīng)力區(qū)，也不能簡樸地套用現(xiàn)有的彈塑性力學理論對其舉行分析議論。

２巖體穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀目前巖體穩(wěn)定性理論和定量分析方法主要有解析法和數(shù)值法。解析法包括積分變換法、積分方程法、分開變量法、變分法及復變函數(shù)法等。數(shù)值法主要有有限元法、邊界元法、離散單元法、關(guān)鍵塊理論、ＤＤＡ方法、ＦＬＡＣ方法、塊體單元法、塊體－彈簧元分析法等，但是數(shù)值分析模型在基礎(chǔ)理論依據(jù)方面對比薄弱，對工程類比和閱歷的憑借較大。

圍巖穩(wěn)定性判別方面，目前大致分為圍巖強度判據(jù)、圍巖變形量或變形率判據(jù)、變形速率比值判據(jù)、靜力法判據(jù)、干擾能量判據(jù)、超變形判據(jù)、熵突變判據(jù)等［５］。各種判據(jù)有確定的適用范圍和限制，對圍巖操縱研究有確定的積極意義，但未能從圍巖失穩(wěn)機制上透露圍巖狀態(tài)變化過程，以及圍巖體本身布局演化及其在外部擾動條件下的動態(tài)蛻變過程中如何判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

３深部巖體穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)目前圍巖穩(wěn)定性分析主要存在根基理論不成熟，缺乏適用的穩(wěn)定性理論和定量分析方法，失穩(wěn)判據(jù)難以確定等問題，且由于深部開采巖體工程的繁雜力學特性，因此在深部工程苦難防治方面尚無良方。而微地震監(jiān)測技術(shù)從上世紀４０年代起，國外就開頭應(yīng)用其來探測沖擊地壓、從事巖石力學方面的根基應(yīng)用及工程實際應(yīng)用、采礦誘發(fā)的微地震監(jiān)測研究等，在油氣藏勘探開發(fā)方面應(yīng)用較為廣泛。國內(nèi)周勝建等將微震監(jiān)測系統(tǒng)用于巷道掘進地質(zhì)奇怪區(qū)域劃分，用以指導支護［６］；

竇林名等提出了微震監(jiān)測能量釋放率、能量密度的概念和計算方法［７］；

夏永學等采用微震和地音監(jiān)測技術(shù)結(jié)合用于沖擊危害性綜合評價［８］；

另外以姜福興博士為首的微震研究團隊開展了微震技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用，并在煤礦安好管理應(yīng)用方面取得了較好的效果；

自２００５年以來，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究院與西南科技大學合作，開展微震監(jiān)測技術(shù)研發(fā)及其在水電工程地下硐室圍巖穩(wěn)定性的監(jiān)測，地下煤礦氣化工程中的巖石熱破碎監(jiān)測等應(yīng)用研究，開展了四川錦屏一級水電站水工隧道及片面煤礦微地震監(jiān)測實踐等。由此可見，微地震技術(shù)在理論研究、技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用等方面具備了確定的根基，且其具有遠程、實時、動態(tài)監(jiān)測的特點，分外適合深部采礦活動時的巖體穩(wěn)定性監(jiān)測，因此，以微震監(jiān)測技術(shù)為根基，可以從微震監(jiān)測系統(tǒng)研究和微震事情特征及失穩(wěn)預(yù)警研究兩個方面探討深部巖體穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)。３．１微震監(jiān)測系統(tǒng)研究微震監(jiān)測系統(tǒng)一般由主機、數(shù)據(jù)采集儀、傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件等組成，現(xiàn)有的系統(tǒng)集成化程度還不夠高，傳感器及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等還需進一步研究。３．１．１傳感器傳感器也叫檢波器，是獲取微震信號的最根本單元，是舉行巖體穩(wěn)定性監(jiān)測的根基。

目前常見的微地震傳感器是ＭＥＭＳ地震傳感器，而對具有寬頻帶、動態(tài)范圍大、穩(wěn)定性高等特點的電化學換能器、光學傳感器的研究開發(fā)力度不夠，此外光學傳感器還具有抗電磁干擾和原子輻射才能、耐高溫、耐腐蝕，能適應(yīng)極端惡劣環(huán)境，分外適合深部巖體工程的特點，將會是未來深部巖體工程微震監(jiān)測研究的重點之一。此外，現(xiàn)有微震信號傳輸均采用有線傳輸為主，長距離深井巷道信號線纜的安裝、維護均困難，且本金高，不利于該項技術(shù)的進展和應(yīng)用，因此還需加大無線傳感器及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研發(fā)力度。３．１．２速度計算模型地震波速度參數(shù)貫穿于地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋整個過程，是實現(xiàn)巖體穩(wěn)定性監(jiān)測和苦難預(yù)警預(yù)報的重要參數(shù)。深部采礦誘發(fā)的微震信號，由于要穿過更深的地層，地質(zhì)布局更繁雜，影響因素更多，而速度計算模型的好壞直接影響地震定位精度，而速度模型的計算速度和定位精度那么直接影響到微地震監(jiān)測的質(zhì)量和效率，所以需要研究一種既快速，又切實的適合地區(qū)特點的速度計算模型，并能在前期工程勘探成果的根基上構(gòu)建三維地質(zhì)地形模型，使模型更接近真實地質(zhì)處境，減小誤差，提高計算速度和定位精度。３．１．３自動化數(shù)據(jù)處理技術(shù)微震信號又往往與大量干擾信息一起被傳感器記錄，有用信號輕易被掩蓋或誤判。數(shù)據(jù)處理通常采用人工篩選、分析的方式，缺點是勞動強度大、效率低、易受人為因素影響，限制了該項技術(shù)的應(yīng)用體驗和使用效果，因此，亟需研究數(shù)據(jù)自動化處理技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集儀實現(xiàn)自動將微震信號從繁雜的波形中分開、提取、分類識別及根基數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)自動計算微震發(fā)生時刻、強度、空間位置、尺度及震源機制等，以利于推斷巖體破壞程度，破壞理由等，實時分析破碎、變形進展趨勢。３．１．４一體化監(jiān)測系統(tǒng)微震監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，除可用于油氣藏勘探、礦山工程系統(tǒng)等，還可用于壩體穩(wěn)定性監(jiān)測、工程開挖、爆破等方面。但現(xiàn)有微震監(jiān)測系統(tǒng)多數(shù)為數(shù)據(jù)采集與記錄、分析處理分開的方式，野外工作便攜性差。因此，需要開發(fā)高度集成、智能化高、體積小、輕量化，集數(shù)據(jù)采集、處理分析等多功能一體化的微震監(jiān)測系統(tǒng)。３．２微震事情特征庫及失穩(wěn)預(yù)警研究深部巖體失穩(wěn)苦難具有突變性，巖體流變特性鞏固以及從脆性向延性轉(zhuǎn)變等，因此巖體在此類過程中積聚或釋放能量的特性與普遍淺部工程勢必不同。由于開采深度大，有可能跨過多種類型的巖層，不同類型巖體性質(zhì)不同，其發(fā)生微震的模式不同；

即使同種巖體在不同應(yīng)力、開挖方式等條件下發(fā)生微震的模式亦不同。因此，應(yīng)開展兩個方面的微震事情特征研究，以制止深部巖體工程穩(wěn)定性尚未研究徹底帶來的各種弊端。一是一致條件下不同類型巖體微震事情特征，掌管不同類型巖石在全應(yīng)力應(yīng)變過程中的微震特征規(guī)律；

二是不同類型苦難的微震產(chǎn)生、進展蛻變規(guī)律。

另外在微震監(jiān)測實踐過程中要不斷積累各種微震特征，并在有條件的處境下開展測驗室條件下的模擬監(jiān)測、印證等工作，豐富事情特征庫，完善苦難進展趨勢的微震規(guī)律。微震事情特征庫是在當前深部巖體穩(wěn)定性理論及判據(jù)研究不成熟的前提下，開展巖體失穩(wěn)苦難預(yù)警預(yù)報工作的根基，在掌管以上兩個方面內(nèi)容后開展巖體失穩(wěn)監(jiān)測等工作。雖然井下生產(chǎn)、應(yīng)力環(huán)境繁雜，導致巖體失穩(wěn)的因素眾多，但都能歸結(jié)為微震活動性這一指標，通過對某一區(qū)域微震事情發(fā)震時刻、頻率、空間位置、尺度、震源機制等綜合分析，確定導致巖體失穩(wěn)的主因，進而再與微震事情特征庫比較確定可能產(chǎn)生的苦難類型，影響范圍，與礦山的應(yīng)急救援預(yù)案等貫穿起來，形成失穩(wěn)苦難預(yù)警預(yù)報，應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動的事故預(yù)警及苦難救援體系。

４結(jié)語近年來礦業(yè)生產(chǎn)安好形勢雖有所好轉(zhuǎn)，但依舊嚴峻。隨著開采深度增加，井巷工程所處應(yīng)力環(huán)境愈加繁雜，安好管理難度加大，尤其是深部開采的巖體力學特性繁雜，巖體穩(wěn)定性分析理論和失穩(wěn)判據(jù)不成熟，導致深部地下工程巖體穩(wěn)定性監(jiān)控量測、苦難預(yù)警預(yù)報工作難以取得重大突破。因此深部巖體穩(wěn)定性研究逐步引起宏大學者的關(guān)注，雖然取得了一些可喜的研究成果，但未能從根本上解決巖體工程失穩(wěn)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報工作，礦業(yè)生產(chǎn)安好形勢仍不容樂觀。微地震監(jiān)測技術(shù)在理論研究、技術(shù)研發(fā)及服務(wù)、