基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)的礦山巖體強度參數(shù)表征方法研究.pdf

1、隨著國民快速發(fā)展，我國對于能源和資源的需求日益增強，礦山開采開始向更深更廣發(fā)展。然而，隨著開采的持續(xù)，礦山所面臨的由于巖體開挖誘發(fā)的動力災(zāi)害問題日益突出，嚴重威脅了礦山人員和財產(chǎn)安全。因此，合理的巖體工程設(shè)計、必要的穩(wěn)定性評價具有十分重要的意義。而巖體強度參數(shù)對于巖體工程的設(shè)計、穩(wěn)定性評價及數(shù)值計算有著顯著的影響，選取合理的巖體強度參數(shù)已成為巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題。盡管國內(nèi)外學(xué)者提出了許多巖體強度估算方法，但大多方法是對室內(nèi)試驗強度

2、指標的適當折減和加權(quán)平均，僅僅考慮了巖體破壞的靜態(tài)影響因素（水、地應(yīng)力），而礦山開采是一個周期性長、空間多點立體開挖的動態(tài)過程，緊考慮靜態(tài)影響因素是不夠的。近30年來，微震監(jiān)測技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于礦山動力災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報，取得了良好的效果。微震監(jiān)測技術(shù)可以監(jiān)測巖體破壞的整個過程，每一個微震事件都包含了豐富的關(guān)于巖石破裂的有用信息。因此，利用微震監(jiān)測數(shù)據(jù)對巖體強度進行標定具有重要意義。
　　本文在總結(jié)和分析前人研究的基礎(chǔ)上，以石人溝鐵礦

3、為例，通過數(shù)字測量技術(shù)獲得巖體結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)信息，應(yīng)用Hoek-Brown強度準則估算巖體靜態(tài)強度參數(shù)，并基于結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)開展巖體強度表征單元體研究。結(jié)合礦山現(xiàn)場實際，開展巖體力學(xué)特征演化的微震活動規(guī)律研究。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)提出了基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)的巖體強度表征方法，具有一定的理論和實際應(yīng)用價值。主要工作歸納為以下幾個方面:
　　(1)采用數(shù)字攝像測量技術(shù)對現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)面進行調(diào)查，建立巖體表面真實的

4、三維模型，借助結(jié)構(gòu)面采集軟件，獲取巖體結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)信息（傾向、傾角、走向等），定量分析巖體結(jié)構(gòu)面特征。
　　(2)基于廣義的Hoek-Brown強度準則，結(jié)合獲取的巖體結(jié)構(gòu)面幾何參數(shù)信息，開展巖體強度的估算，獲得巖體靜態(tài)強度參數(shù)值。采用蒙特卡洛網(wǎng)絡(luò)模擬方法，實現(xiàn)了巖體結(jié)構(gòu)面的三維網(wǎng)絡(luò)模擬，然后選取典型剖面，應(yīng)用數(shù)值模擬方法開展巖體強度表征單元體的數(shù)值模擬試驗研究，獲得巖體強度的表征單元體。
　　(3)詳細介紹石人溝鐵礦微

5、震監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建，確保石人溝鐵礦巖體穩(wěn)定性的實時監(jiān)測和分析。通過對現(xiàn)場地質(zhì)和施工資料的深入分析和現(xiàn)場勘查，結(jié)合傳感器靈敏度和監(jiān)測系統(tǒng)定位精度的試驗分析，得到滿足現(xiàn)場要求的微震監(jiān)測系統(tǒng)，并建立有效的礦山微震波形庫。
　　(4)選取重點研究區(qū)域，對微震活動的時空分布特征進行深入分析，并采用微震事件多參數(shù)（累積視體積、能量指數(shù)、分形維數(shù)、b值）統(tǒng)計分析方法對微震活動隨時間演化規(guī)律進行研究。結(jié)合現(xiàn)場實際工況，通過微震活動規(guī)律研究擾動影響下巖

6、體力學(xué)特征演化規(guī)律，驗證巖體強度的空間差異性和時間變異性特征，為基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)分析巖體強度提供幫助。
　　(5)對地下巖體破壞過程中產(chǎn)生的微震信號進行處理、分析，獲得微震監(jiān)測數(shù)據(jù)的三個參數(shù)（事件數(shù)量、能量、事件間距離），結(jié)合應(yīng)力場數(shù)值計算結(jié)果，分析地下巖體失穩(wěn)破壞過程的微震數(shù)據(jù)和應(yīng)力場演化規(guī)律，得到微震數(shù)據(jù)變量和應(yīng)力變量之間的對應(yīng)關(guān)系。然后對不同表征單元體內(nèi)的巖體強度參數(shù)進行綜合反演，提出基于微震數(shù)據(jù)和應(yīng)力場數(shù)據(jù)的巖體強度參數(shù)動