場(chǎng)地地震穩(wěn)定性

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微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)探討

微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)探討０引言縱覽全球礦業(yè)開發(fā)趨勢(shì)，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(hào)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(guó)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(jìn)入千米以上［１］。因此，隨著全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，可以預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的礦山進(jìn)入深部地層開采。

１礦山深部工程定義及力學(xué)特性深部工程以硬巖發(fā)生軟化的深度為界限，超過(guò)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(duì)深部工程［２］，十足深部工程以開采深度為界定標(biāo)準(zhǔn)，一般指深度在１０００～１５００ｍ的開采工程；

相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。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(xué)狀態(tài)，巖體動(dòng)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(jiǎn)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(jiǎn)樸地套用現(xiàn)有的彈塑性力學(xué)理論對(duì)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(fù)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(duì)比薄弱，對(duì)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(qiáng)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(duì)圍巖操縱研究有確定的積極意義，但未能從圍巖失穩(wěn)機(jī)制上透露圍巖狀態(tài)變化過(guò)程，以及圍巖體本身布局演化及其在外部擾動(dòng)條件下的動(dòng)態(tài)蛻變過(guò)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(cè)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(wèn)題，且由于深部開采巖體工程的繁雜力學(xué)特性，因此在深部工程苦難防治方面尚無(wú)良方。而微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)從上世紀(jì)４０年代起，國(guó)外就開頭應(yīng)用其來(lái)探測(cè)沖擊地壓、從事巖石力學(xué)方面的根基應(yīng)用及工程實(shí)際應(yīng)用、采礦誘發(fā)的微地震監(jiān)測(cè)研究等，在油氣藏勘探開發(fā)方面應(yīng)用較為廣泛。國(guó)內(nèi)周勝建等將微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于巷道掘進(jìn)地質(zhì)奇怪區(qū)域劃分，用以指導(dǎo)支護(hù)［６］；

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

夏永學(xué)等采用微震和地音監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合用于沖擊危害性綜合評(píng)價(jià)［８］；

另外以姜福興博士為首的微震研究團(tuán)隊(duì)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(lái)，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院與西南科技大學(xué)合作，開展微震監(jiān)測(cè)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(cè)，地下煤礦氣化工程中的巖石熱破碎監(jiān)測(cè)等應(yīng)用研究，開展了四川錦屏一級(jí)水電站水工隧道及片面煤礦微地震監(jiān)測(cè)實(shí)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(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，分外適合深部采礦活動(dòng)時(shí)的巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，因此，以微震監(jiān)測(cè)技術(shù)為根基，可以從微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究和微震事情特征及失穩(wěn)預(yù)警研究?jī)蓚€(gè)方面探討深部巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)技術(shù)。３．１微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由主機(jī)、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(jìn)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(hào)的最根本單元，是舉行巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的根基。

目前常見的微地震傳感器是ＭＥＭＳ地震傳感器，而對(duì)具有寬頻帶、動(dòng)態(tài)范圍大、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)的電化學(xué)換能器、光學(xué)傳感器的研究開發(fā)力度不夠，此外光學(xué)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(diǎn)，將會(huì)是未來(lái)深部巖體工程微震監(jiān)測(cè)研究的重點(diǎn)之一。此外，現(xiàn)有微震信號(hào)傳輸均采用有線傳輸為主，長(zhǎng)距離深井巷道信號(hào)線纜的安裝、維護(hù)均困難，且本金高，不利于該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用，因此還需加大無(wú)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(jì)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(gè)過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和苦難預(yù)警預(yù)報(bào)的重要參數(shù)。深部采礦誘發(fā)的微震信號(hào)，由于要穿過(guò)更深的地層，地質(zhì)布局更繁雜，影響因素更多，而速度計(jì)算模型的好壞直接影響地震定位精度，而速度模型的計(jì)算速度和定位精度那么直接影響到微地震監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和效率，所以需要研究一種既快速，又切實(shí)的適合地區(qū)特點(diǎn)的速度計(jì)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(shí)地質(zhì)處境，減小誤差，提高計(jì)算速度和定位精度。３．１．３自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理技術(shù)微震信號(hào)又往往與大量干擾信息一起被傳感器記錄，有用信號(hào)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(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、易受人為因素影響，限制了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用體驗(yàn)和使用效果，因此，亟需研究數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)將微震信號(hào)從繁雜的波形中分開、提取、分類識(shí)別及根基數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算微震發(fā)生時(shí)刻、強(qiáng)度、空間位置、尺度及震源機(jī)制等，以利于推斷巖體破壞程度，破壞理由等，實(shí)時(shí)分析破碎、變形進(jìn)展趨勢(shì)。３．１．４一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)微震監(jiān)測(cè)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(cè)、工程開挖、爆破等方面。但現(xiàn)有微震監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。３．２微震事情特征庫(kù)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(guò)程中積聚或釋放能量的特性與普遍淺部工程勢(shì)必不同。由于開采深度大，有可能跨過(guò)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(gè)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(lái)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(guò)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(jìn)展蛻變規(guī)律。

另外在微震監(jiān)測(cè)實(shí)踐過(guò)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(cè)驗(yàn)室條件下的模擬監(jiān)測(cè)、印證等工作，豐富事情特征庫(kù)，完善苦難進(jìn)展趨勢(shì)的微震規(guī)律。微震事情特征庫(kù)是在當(dāng)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(bào)工作的根基，在掌管以上兩個(gè)方面內(nèi)容后開展巖體失穩(wěn)監(jiān)測(cè)等工作。雖然井下生產(chǎn)、應(yīng)力環(huán)境繁雜，導(dǎo)致巖體失穩(wěn)的因素眾多，但都能歸結(jié)為微震活動(dòng)性這一指標(biāo)，通過(guò)對(duì)某一區(qū)域微震事情發(fā)震時(shí)刻、頻率、空間位置、尺度、震源機(jī)制等綜合分析，確定導(dǎo)致巖體失穩(wěn)的主因，進(jìn)而再與微震事情特征庫(kù)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(lái)，形成失穩(wěn)苦難預(yù)警預(yù)報(bào)，應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動(dòng)的事故預(yù)警及苦難救援體系。

４結(jié)語(yǔ)近年來(lái)礦業(yè)生產(chǎn)安好形勢(shì)雖有所好轉(zhuǎn)，但依舊嚴(yán)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(xué)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(dǎo)致深部地下工程巖體穩(wěn)定性監(jiān)控量測(cè)、苦難預(yù)警預(yù)報(bào)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(xué)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(bào)工作，礦業(yè)生產(chǎn)安好形勢(shì)仍不容樂(lè)觀。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在理論研究、技術(shù)研發(fā)及服務(wù)、