基于微震监测的深部金属矿山开采过程围岩稳定性分析

摘要

随着我国矿山开采向深部延伸，矿山的开采对围岩的带来强烈的扰动，极易影响围岩的稳定性，诱发灾害性事故，这给井下人员及设备的安全带来了严重的威胁。微震监测技术是一种现场实测技术，可以对围岩损伤和微破裂演化提供实时监测。通过微震活动规律对采场稳定性进行分析具有重要的意义。 本文以红透山铜矿21采为研究背景，通过微震监测技术建立微震监测系统，对该采场开采过程中的微震活动进行实时监测。结合三维空区探测设备对采场空区的三维形态进行跟踪，研究深部采场采动下微震的活动性规律，研究开采过程中围岩应力、应变以及能量的动态演化规律，确定开采过程的围岩的潜在失稳区域，划分围岩稳定性等级及范围。论文的主要研究内容及成果如下: (1)结合现场开采技术条件，通过建立红透山21采三维地质模型及传感器的布置方案，合理架设信号电缆和数据传输电话线，完成微震监测系统的构建。基于Internet网络实现了微震监测数据的实时处理和分析。利用CMS空区探测设备生成了三维可视化模型，获得了21采回采全过程空区的三维形态、空间位置与边界，对空区的体积、暴露面积等相关参数进行分析，为研究围岩的稳定性提供了实测数据支持。 (2)研究了深部矿山开采过程中的微震活动规律，着重分析了开采过程中微震活动的时空分布特征;结合“大森房吉定律”对微震活动的时间序列进行非线性拟合;矿山开采条件的不同定量特征对于微震活动性的影响;利用6值、能量释放等多种微震学参数研究岩体内部在开采过程中的损伤演化。 (3)基于微震活动的定量统计学原理，研究在开采过程中围岩的应力、应变分布及动态调整规律，结合现场实际圈定围岩的潜在在失稳区域，建立基于微震学参数的采场应力、应变危险体，研究采空区参数与应力、应变危险体的相关性。划分开采过程中围岩的等值线，并对围岩进行稳定性分级与分析。

目录

声明

摘要

1．1选题背景

1．2国内外研究现状

1．2．1深部开采围岩稳定性研究

1．2．2深井开采微震监测技术研究

1．2．3空区探测技术发展研究

1．3论文的研究内容以及思路

1．4论文技术路线

第二章红透山微震监测系统的构建

2．1引言

2．2微震监测基本原理

2．2．1微震监测的技术原理

2．2．2微震监测震源定位原理

2．3工程背景

2．3．1红透山铜锌矿地理位置及地质条件

2．3．2红透山原岩应力场及开采状况

2．4微震监测系统的构建

2．4．1微震监测系统的组成

2．4．2微震监测系统网络布置

2．4．3传感器的安装

2．4．4微震监测系统整体布置

2．5本章小结

第三章CMS空区探测系统在红透山的应用

3．1引言

3．2空区扫描技术

3．2．1空区扫描技术概述

3．2．2空区扫描原理

3．2．3空区扫描仪器

3．2．4 CMS系统工作数据流程

3．3 CMS系统在红透山铜矿的应用

3．3．1探测方式

3．3．2探测结果可视化

3．3．3空区扫描模型的处理

3．3．4采空区体积、表面积的计算

3．4本章小结

第四章采场开采过程中岩体的微震活动规律

4．1引言

4．2开挖过程中微震活动的时空分布规律

4．2．1微震事件时间分布规律

4．2．2微震活动性的非线性拟合

4．2．3微震活动的空间分布规律

4．3生产活动与微震活动性相关性的研究

4．4 b值分析

4．5采场开采过程中的能量释放

4．5．1微震事件的能量释放率

4．5．2能量平均值

4．6本章小结

第五章基于微震监测红透山21采稳定性评价

5．1引言

5．2定量微震学原理

5．3开采扰动下围岩的应力变形规律

5．3．1围岩的应力的时空变化规律

5．3．2围岩的应变的时空变化规律

5．4基于微震监测的围岩稳定性评价

5．4．1基于微震监测的围岩等值线的划分

5．4．2应力、应变危险体的建立

5．4．3采空区参数与应力、应变危险体的相关性

5．4．4红透山21采围岩稳定性分级与分析

5．5本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢