基于微震监测技术的注浆帷幕区稳定性研究

论文摘要

济南钢城矿业有限公司张马屯铁矿床位于燕山期闪长岩与中奥陶纪结晶灰岩、大理岩接触带上,水文地质条件极其复杂,涌水量特别大,是国内有名的大水矿山之一,经过帷幕注浆堵水后得以安全开采。帷幕形成后,不仅在帷幕区域内外产生较大的水力梯度,而且在帷幕区域内部一直进行采矿活动。随着开采深度的增加,矿床越来越靠近大帷幕,高水压及开采活动势必对大帷幕区域的稳定性造成危害。本文突破以水等表象信息监测为依据进行矿山突水灾害预报的传统思路,从开采应力扰动诱发微破裂导致矿山突水灾害发生的本质出发,以微震监测为手段,以微破裂演化规律理论分析为基础,以探索突水灾害孕育的内在动因和前兆规律为核心,以微震实时监测、矿山突水灾害实时预报为目标。为此,建立了数字化多通道微震监测系统,实施帷幕稳定性的连续监测,对大帷幕区域微震活动进行分析、预报,对潜在突水可能性区域实施预警。通过对算法的讨论、误差影响因素的分析,以及对不同信号特征和地震事件发展规律的研究,得出以下结论：(1)微震传感器的布置应与算法相结合。对应于不同的算法,传感器的布置也有所不同。布置传感器时,还应考虑矿山地质、矿床赋存条件,对传感器布置方案进行优化,这关系到整个监测的最终效果。(2)岩体中存在潜在断层、含水层、充填体、采空区等,且岩石性质各不相同,弹性波在传播过程中,会发生波的散射、折射,能量衰减,加上定位算法的局限性等因素的影响,从而引起了事件的不准确定位。(3)通过对事件波形的分析,我们得出事件波形与现场各种干扰波形有明显区别,这样有助于人工识别有效信号,并滤除噪声信号。(4)通过对监测到的数据发展过程及分布规律的探讨,根据矿山开采活动及大帷幕水文地质条件,提出了大帷幕发生突水的预警机制。同时,微震监测系统仍保持实时运行状态,为矿山安全生产提供了指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 张马屯铁矿注浆帷幕
• 1.2.1 注浆帷幕背景介绍
• 1.2.2 大帷幕区水文地质条件
• 1.3 矿山突水预测研究现状
• 1.4 微震监测国内外研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容及意义
• 第2章 微震监测技术的基本原理与方法
• 2.1 弹性波动力学理论
• 2.1.1 线性的应力-应变关系
• 2.1.2 地震波动方程
• 2.2 弹性波在岩石中的传播规律
• 2.2.1 弹性波的传播特征
• 2.2.2 弹性波的传播速度
• 2.3 弹性波在岩石中的衰减
• 2.4 微震监测技术原理
• 2.4.1 微震信号的产生机理
• 2.4.2 微震监测技术的基础理论
• 2.4.3 微震监测技术定位原理
• 2.5 微震监测定位方法
• 2.5.1 地震定位发展简述
• 2.5.2 直接P波定位法
• 2.5.3 最小二乘法
• 2.5.4 盖格算法
• 2.5.5 单纯形算法
• 2.6 小结
• 第3章 张马屯铁矿微震监测系统的建立
• 3.1 矿山微震监测技术
• 3.2 张马屯铁矿概况及帷幕区开采活动
• 3.2.1 矿山地质
• 3.2.2 矿山水文地质条件
• 3.2.3 帷幕区矿床开采现状
• 3.3 微震监测系统的建立
• 3.3.1 监测范围的确定
• 3.3.2 传感器的选择
• 3.3.3 传感器的布置方式及安装
• 3.3.4 建立微震监测系统
• 3.4 矿山微震监测系统
• 3.5 讨论
• 第4章 监测数据参数分析与波形分析
• 4.1 不同类型的信号识别
• 4.1.1 微震信号的波形特征
• 4.1.2 爆破信号的波形特征
• 4.1.3 干扰信号的波形特征
• 4.2 监测数据的分布特征及发展规律
• 4.3 大帷幕突水预警
• 4.4 小结
• 第5章 微震定位误差与信号干扰因素分析
• 5.1 定位误差分析
• 5.1.1 现场环境的影响
• 5.1.2 系统误差
• 5.1.3 算法误差
• 5.1.4 微震监测系统定位误差现场检测
• 5.2 信号干扰因素分析
• 5.2.1 信号传输线的布置
• 5.2.2 工频干扰
• 5.2.3 射频干扰
• 5.2.4 机械作业噪声
• 5.2.5 人员活动
• 5.2.6 随机噪声
• 5.3 信号抗干扰技术
• 5.3.1 供电系统的抗干扰
• 5.3.2 信号传输通道的抗干扰
• 5.3.3 接地抗干扰
• 5.4 监测信号滤波处理
• 5.4.1 硬件滤波
• 5.4.2 软件滤波
• 5.5 小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 今后的工作与展望
• 参考文献
• 致谢