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矿山动力灾害微震监测

      矿山动力灾害包括矿山开采与地下工程活动诱发的冲击地压岩爆(非煤矿山)、煤与瓦斯突出顶板垮落片帮底板鼓起巷道突水等,是国内外矿山特别是煤矿开采过程中常见的工程诱发灾害。研究表明,矿山动力灾害是具有强非均匀性、强非连续性、强非线性的复杂工程地质介质在水、气、热、化学等多场耦合作用下的损伤演化和渐进破裂诱发灾变的过程,涉及非线性科学、破坏力学、突变理论、分形理论等现代系统科学知识,其本质是矿山开采过程中的应力场扰动或应变增加所诱发的微破裂萌生、发展、贯通直至失稳发生。这个过程中产生的地震波即微地震事件,其实质是一个围岩应力、应变、变形、破裂、失稳及破坏等一系列动态演变过程的一种表现形式。

     其发生具有时间、地点不确定、持续时间短、造成后果严重等特点。


矿山微破裂.png

  矿山动力灾害事故发生前,煤岩体发生急剧的应力集中,大量的岩体抵抗不住应力扰动发生变形、微破裂,大尺度的破裂辐射出相对低频的地震波,波场传播相对较远的距离,小尺度的微破裂释放出微弱的地震波,传播相对较近的距离后衰减消失。微地震技术利用其自身的高精度(时-空准确度)、高灵敏度(捕捉微弱信号)、高分辨率(高采样率记录全波场)等特性,可动态、实时、高精度的捕获并定位到这些微裂隙的时空特征。

信号强弱.png

      国内外对巷道围岩稳定性的监测主要以位移监测等浅部监测为主,但此类监测不能实质性地反映围岩微破裂萌生、发展、贯通过程的前兆信息,在位移监测得到的围岩破坏结果之前,岩体内部早已发生破坏,难以进行巷道失稳过程的真正预测。微地震监测是一种7*24小时实时连续的岩体内声发射监测技术,用来监测、预警煤矿的冲击地压灾害发生。

实时监测.png实时监测动态bianhua.png

      微地震可以监测围岩体变形破裂信号,也可以记录井下生产爆破信号,根据这些被动源或主动源对监测围岩体所在区域进行双差速度场成像、围岩介质4维时—空变化成像,如下所示为矿山监测定位、成像等。

定位.png成像.png

矿山动力现象微震监测日报表(见下表)

监测日报.png

    下图为监测微震事件其震级、事件数、累积事件、累积能量等随时间分布情况,以及不同能量区间的微震事件数分布占比。

Mag.jpg能量饼图.png

      系统利用地震波信息使用全波形反演震源机制解,对于构造引起的动力冲击故事,可以确定构造产状及其滑动类型。

b值示意图.png

    井下布置微地震监测系统,利用矿山环网实时将数据传送到地面监控室微地震服务器,数据经过自动检测、自动拾取、自动计算定位后,将震源参数与其它相关信息写入数据库,矿山现场工程师使用万泰地球物理软件系统进行数据查看、处理、分析、提交报告等工作。该系统主要用于实时监测矿山监测范围内发生的微地震事件,支持自动和手动定位、计算多个震源参数、反演震源机制,分析微地震事件发生规律与波速场变化,判断潜在的巷道围岩灾害活动及灾害预警;在对震源机制、波速场变化、微地震事件空间分布进行统计分析基础上,可以研究地应力场、断层、应力集中区域变化等信息,为矿山安全高效生产服务。

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