一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法

摘要

本发明属于裂隙岩体注浆工程技术领域，公开了一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法。注浆时，浆液随注浆压力加载在岩体裂隙内流动扩散，扩散应力作用于裂隙内壁使裂隙岩体产生损伤破坏，导致岩体产生能量释放，尤其对于高压劈裂注浆，能量释放密集、微震事件明显，利用微震监测系统捕捉、识别能量释放点并结合试验取样判定优劣事件，实现对浆液扩散与影响范围的实时标定，利于注浆作业的实施。本发明能够实现对注浆工程中浆液扩散及其影响范围的确定，实现注浆技术在广泛领域的安全、高效、低成本化应用。

说明书

技术领域

本发明属于裂隙岩体注浆工程技术领域，浆液在裂隙内实现劈裂注浆过程中，识别浆液流动扩散路径、劈裂扩散范围的方法，尤其涉及一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法。

背景技术

地质工程中由于裂隙的存在，改变了原有岩体各类性质包括渗透性、抗压强度、抗剪强度、抗拉强度，而增强裂隙岩体强度、降低岩体渗透性能采用的基本方法就是利用具有一定粘度、流动性、固化性能的浆液注入至裂隙岩体中，即注浆技术，且由于岩体中裂隙网络的非贯通性，低压条件下浆液入渗效果较差，注浆的封堵、加固作用不能满足生产需求，需要利用高注浆压力实现浆液在非贯通裂隙间的劈裂贯通流动，从而扩大浆液影响范围。

扩散半径作为评价注浆效果的主控因素，及时把握浆液的扩散范围是极为重要的。但裂隙岩体深埋于地层中，且裂隙网络是复杂的，注浆浆液在岩体裂隙内的流动扩散是极其隐蔽的，浆液的扩散流动可直观观测难度极大。当前在实际现场工程中，缺乏监测识别浆液在裂隙岩体中的扩散流动方法，缺乏对浆液扩散形状大小及影响范围的直观显示方法。

发明内容

针对目前裂隙岩体注浆工程所存在的问题，对监控裂隙岩体内浆液流动路径及扩散范围提出了解决办法，提出了一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法，其目的是提供一种能够捕捉现场工程中浆液扩散特征的技术，尤其是针对现在广泛应用的劈裂注浆这一技术前提，掌握浆液扩散过程中的岩体劈裂损伤、浆液的“填充”机理，进一步掌控压力注浆所带来的劈裂“正负”影响规律，指导注浆技术在各个领域内的广泛应用，同时能够借助这个方法，为以后实现对现场注浆的智能化测控做好准确地分析基础。

为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案如下：

一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法，包括如下步骤：

步骤1，根据注浆孔的布置方式、排间距、岩体裂隙参数及其注浆压力，初步确定注浆浆液预设扩散范围。

步骤2，在注浆工程实施之前，在工程中裂隙岩体内，步骤1注浆浆液预设扩散范围中，布置微震监测系统：包括布设微震检波器和布设数据传输线路。

布置微震检波器：在浆液预设扩散范围的监测区，四个以上的微震检波器，以注浆孔为圆心圆周均匀布置，圆周半径与步骤1预设的浆液扩散范围半径一致，增强对微震点位置的精确定位；微震检波器布置于裂隙岩体内，紧贴岩壁；微震检波器的投放深度与注浆孔的钻孔深度一致。

布设数据传输线路：在工程实施空间范围内，铺设屏蔽通信电缆，地下的微震检波器、地下的数据分站、地下监测主机与地面处理终端之间通过电缆线路连接，将地下获得的实时数据传输至地面处理终端；在正式测量前通过主动敲击方式获得微震检波器与各数据分站之间的对应关系。

步骤3，注浆开始后，随浆液扩散，地面处理终端实时收到能量波形数据，并对其进行滤波处理，确定微震事件参数包括：微震事件的数目、每个微震事件的空间定位、每个微震事件的震源参数、每个微震事件发生的时间。

步骤4，以距注浆孔最远的微震事件为起点进行钻孔取样，钻孔尽最大可能贯穿最多的微震事件，通过试样判定注浆期间岩体损伤劈裂的优劣性，绘制优质劈裂概率曲线，其中优质劈裂是指微震劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅发生了微震劈裂损伤而无浆液的填充；根据工程要求的优质劈裂概率，通过优质劈裂概率曲线，获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的有效扩散半径。

进一步，上述步骤4中所述优质劈裂概率曲线的横坐标为试样长度，纵坐标为优质劈裂的概率。

进一步，上述步骤4获得有效扩散半径后，根据裂隙岩体注浆工程的地质参数绘制注浆工程的3D成像图，并依据步骤3得到的微震事件参数及步骤4得到的有效扩散半径，将微震事件在成像图内按照设计比例进行定位，直观获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的空间扩散范围。

在裂隙岩体劈裂注浆前提下的浆液扩散流动是会造成岩体的损伤劈裂，并且会产生能量的释放，发生微震事件，利用合理布置的精确微震系统可以实现对过程中的能量事件捕捉，获取后对优质与劣质事件的概率定性，确立三维流动路径与扩散范围，是本发明技术思想形成的前提和基础，是本发明技术方案的核心关键点。

本发明的有益效果为，该方法将所得到的微震事件进行初步的概率划分，实现了对裂隙岩体注浆工程浆液流动路径、扩散范围、注浆劈裂损伤的有效识别，更加准确地定位浆液扩散范围，更好的评价注浆效果，对进一步规范注浆技术，研究注浆浆液的扩散特征与岩体裂隙分布规律既具有重要意义，提供了有效的工程数据。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明的裂隙岩体注浆微震监测布置示意图；

图3为本发明的优劣劈裂定义示意图；

图4为本发明的扩散范围标定图。

图中：1裂隙岩体；2工程底层；3岩体裂隙；4数据分站；5地下监测主机；6信号线；7微震检波器；8地面处理终端；9注浆孔；10微震事件；11优质劈裂；12劣质劈裂；13劣质微震事件；14优质微震事件；15扩散范围；GR扩散半径。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细说明。

如图1所示，整个裂隙岩体注浆浆液扩散范围的识别方法以注浆工序为阶段点分为两个阶段：注浆前工序阶段、注液工序阶段。其中识别方法中的微震监测系统的安设是在第一阶段内，在此阶段内对微震进行准备、测试、初定位；具体实施是在第二阶段内，随着浆液扩散开始，基于微震监测技术的扩散范围的识别方法开始运行，且实时储存和处理数据。

如图2、3、4所示，所述的一种基于微震监测的裂隙岩体劈裂注浆扩散范围的识别方法，其特征在于，利用注浆设备向裂隙岩体1通过注浆孔9向岩体内裂隙高压注入浆液，浆液在岩体裂隙3内流动扩散，而通过布置精准微震监测包含了信号线6、微震检波器7，利用数据分站4、地下监测主机5传输至地面处理终端8，实时获取浆液扩散中的微震事件10，通过对微震事件定位的钻孔取样，识别岩心中的优质劈裂11和劣质劈裂12，从而实现在3D模型中的劣质微震事件13、优质微震事件14的定位，并得到浆液的扩散范围15和各向扩散半径GR。

所述的识别方法具体操作如下：

(1)根据注浆孔9的布置方式、排间距、岩体裂隙3参数及其注浆压力，初步确定注浆浆液所预设的扩散范围。

(2)在注浆工程实施之前，在所在工程中的裂隙岩体1所需注浆块段的范围内布置微震监测系统：布设微震检波器7和信号传输线路6；

布置微震检波器7：①在注浆块段内的监测区，以中心注浆孔9为基准点，按照环形布置方式将微震检波器7安设于注浆孔9的周围，半径与预判的浆液扩散范围一致；②注浆孔9周围的检波器7布置个数为6个，相邻间隔角度为60°，增强对微震点位置的精确定位；③微震检波器7布置于裂隙岩体1内，紧贴岩壁；④微震检波器7的投放深度与注浆孔9的钻孔深度一致；

布设数据传输线路6：在工程实施空间范围内，铺设屏蔽通信电缆，地下的微震检波器7、地下的数据分站4、地下监测主机5与地面处理终端8之间通过电缆线路连接，将地下获得的实时数据传输至地面处理终端8；在正式测量前通过主动敲击方式获得微震检波器7与各数据分站4之间的对应关系；

(3)注浆开始后，随浆液扩散，地面处理终端8实时收到能量波形数据，并对其进行滤波处理，确定微震事件参数包括：微震事件的数目、每个微震事件的空间定位、每个微震事件的震源参数、每个微震事件发生的时间。

(4)以距注浆孔最远的微震事件为起点进行钻孔取样，钻孔尽最大可能贯穿最多的微震事件，通过试样判定注浆期间岩体损伤劈裂的优劣性，绘制优质劈裂概率曲线，其中优质劈裂是指微震劈裂后浆液能够进入劈裂裂隙而填充，劣质劈裂是指仅发生了微震劈裂损伤而无浆液的填充；根据工程要求的优质劈裂概率90％，通过优质劈裂概率曲线，获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的有效扩散半径。

(5)根据裂隙岩体注浆工程的地质参数绘制注浆工程的3D成像图，并依据步骤3得到的微震事件参数及步骤4得到的有效扩散半径GR，将微震事件在成像图内按照设计比例进行定位，直观获得裂隙岩体注浆劈裂浆液的空间扩散范围。

本发明能够实现在裂隙岩体注浆工程的复杂地质条件下，对浆液扩散范围的实时、准确高效识别，有利于实时测控注浆工序，实现注浆技术的安全高效应用。