微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦山地壓監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用研究及進(jìn)展


作為目前礦山動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)的有效手段,微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)通過(guò)在開(kāi)采區(qū)域內(nèi)布設(shè)檢波器,接收震源所發(fā)出的地震波信號(hào),來(lái)確定巖體微破裂分布位置,進(jìn)而掌握巖體活動(dòng)規(guī)律,并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。
衡量礦山微地震事件的參數(shù)大體分為兩大類:礦山微地震信號(hào)參數(shù)和礦山微地震活動(dòng)隨機(jī)特征參數(shù)。
礦山微地震活動(dòng)隨機(jī)特征參數(shù)包括微地震能量分布率、微地震發(fā)生率和微地震空間分布率.微地震能量分布率是指:如果按照微地震事件能量大小進(jìn)行分類,單位能量級(jí)差內(nèi)的微地震事件的發(fā)生次數(shù),其量綱為頻次/焦耳(頻次/J);微地震發(fā)生率是指單位時(shí)段內(nèi)所發(fā)生微地震事件的次數(shù),如每小時(shí)發(fā)生微地震事件的次數(shù),其量綱為頻次/小時(shí)(頻次/h);微地震空間分布率是指:在單位空間區(qū)域內(nèi)所發(fā)生微地震事件的次數(shù),其量綱為頻次/立方米(頻次/m3)。
礦山常用的用來(lái)預(yù)報(bào)微地震時(shí)間的信號(hào)參數(shù)有以下六種:
(1)事件計(jì)數(shù):將產(chǎn)生微地震的一次材料內(nèi)部變化稱為一個(gè)微地震事件,分為總事件數(shù)和事件率,總事件數(shù)是累積數(shù)而事件率是單位時(shí)間內(nèi)的聲發(fā)射現(xiàn)象次數(shù)(陶紀(jì)南等,1996)。
(2)m 值及其減小率:m 值是微地震事件的最大振幅與其發(fā)生數(shù)分布關(guān)系式中的指數(shù),可以由最小二乘法或優(yōu)化方法得到(沈功田等,2002).
(3)能量計(jì)數(shù):信號(hào)檢波包絡(luò)線下的面積,分為單位時(shí)間內(nèi)的總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率.經(jīng)驗(yàn)證明,當(dāng)?shù)褪录始辛?5%以上的高能事件就已接近危險(xiǎn),因而可用大能量微地震事件的能量來(lái)評(píng)價(jià)巖體的破壞程度。
(4)空白區(qū)域:有時(shí)候在定位過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有空白區(qū)域存在,代表該區(qū)域中沒(méi)有或只有很少的微地震事件.改變檢波器的觸發(fā)值,可以探測(cè)到能量級(jí)更小的微地震事件.經(jīng)驗(yàn)證明,當(dāng)周圍積蓄有較強(qiáng)剪切應(yīng)變能時(shí),此空白區(qū)域極可能發(fā)生大的地質(zhì)災(zāi)害。
(5)頻率:某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出,巖體接近破壞時(shí)頻率會(huì)出現(xiàn)降低現(xiàn)象.如果后續(xù)事件頻率出現(xiàn)明顯的降低,應(yīng)當(dāng)引起注意。
(6)分維數(shù)(勝山邦久,1996):定義微地震事件發(fā)生過(guò)程中C(r)= 2Nr/N(N-1),式中,Nr、N分別表示兩點(diǎn)距離小于r的所有微地震源對(duì)的個(gè)數(shù)和微地震事件總數(shù).如果微地震源分布具有分形構(gòu)造,則應(yīng)當(dāng)有C(r)∝rD,分維數(shù)D減小意味著危險(xiǎn)增大。
以上這六個(gè)參數(shù)從側(cè)面反映了礦上微地震常用的相關(guān)信息.為了達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的,人們針對(duì)各種情況下不同種類的混凝土、巖石試樣,運(yùn)用巖石聲發(fā)射技術(shù),研究壓縮、拉伸和彎曲載荷下巖石變形及破壞的基本特性;研究巖石聲發(fā)射機(jī)理、巖石破碎過(guò)程與聲信號(hào)之間的聯(lián)系,試圖得到巖體破壞過(guò)程中的聲發(fā)射規(guī)律,然后再與現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)結(jié)合,對(duì)礦山巖體的內(nèi)在狀況做出判斷。