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

1、隨著國(guó)民快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)于能源和資源的需求日益增強(qiáng)，礦山開(kāi)采開(kāi)始向更深更廣發(fā)展。然而，隨著開(kāi)采的持續(xù)，礦山所面臨的由于巖體開(kāi)挖誘發(fā)的動(dòng)力災(zāi)害問(wèn)題日益突出，嚴(yán)重威脅了礦山人員和財(cái)產(chǎn)安全。因此，合理的巖體工程設(shè)計(jì)、必要的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。而巖體強(qiáng)度參數(shù)對(duì)于巖體工程的設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及數(shù)值計(jì)算有著顯著的影響，選取合理的巖體強(qiáng)度參數(shù)已成為巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多巖體強(qiáng)度估算方法，但大多方法是對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)強(qiáng)度

2、指標(biāo)的適當(dāng)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(kāi)采是一個(gè)周期性長(zhǎng)、空間多點(diǎn)立體開(kāi)挖的動(dòng)態(tài)過(guò)程，緊考慮靜態(tài)影響因素是不夠的。近30年來(lái)，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于礦山動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，取得了良好的效果。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)巖體破壞的整個(gè)過(guò)程，每一個(gè)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(cè)數(shù)據(jù)對(duì)巖體強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)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(guò)數(shù)字測(cè)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(qiáng)度準(zhǔn)則估算巖體靜態(tài)強(qiáng)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(kāi)展巖體強(qiáng)度表征單元體研究。結(jié)合礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，開(kāi)展巖體力學(xué)特征演化的微震活動(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)的巖體強(qiáng)度表征方法，具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。主要工作歸納為以下幾個(gè)方面:
　　(1)采用數(shù)字?jǐn)z像測(cè)量技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行調(diào)查，建立巖體表面真實(shí)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(qiáng)度準(zhǔn)則，結(jié)合獲取的巖體結(jié)構(gòu)面幾何參數(shù)信息，開(kāi)展巖體強(qiáng)度的估算，獲得巖體靜態(tài)強(qiáng)度參數(shù)值。采用蒙特卡洛網(wǎng)絡(luò)模擬方法，實(shí)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(kāi)展巖體強(qiáng)度表征單元體的數(shù)值模擬試驗(yàn)研究，獲得巖體強(qiáng)度的表征單元體。
　　(3)詳細(xì)介紹石人溝鐵礦微

5、震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建，確保石人溝鐵礦巖體穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和施工資料的深入分析和現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合傳感器靈敏度和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位精度的試驗(yàn)分析，得到滿足現(xiàn)場(chǎng)要求的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并建立有效的礦山微震波形庫(kù)。
　　(4)選取重點(diǎn)研究區(qū)域，對(duì)微震活動(dòng)的時(shí)空分布特征進(jìn)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(jì)分析方法對(duì)微震活動(dòng)隨時(shí)間演化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，通過(guò)微震活動(dòng)規(guī)律研究擾動(dòng)影響下巖

6、體力學(xué)特征演化規(guī)律，驗(yàn)證巖體強(qiáng)度的空間差異性和時(shí)間變異性特征，為基于微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析巖體強(qiáng)度提供幫助。
　　(5)對(duì)地下巖體破壞過(guò)程中產(chǎn)生的微震信號(hào)進(jìn)行處理、分析，獲得微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的三個(gè)參數(shù)（事件數(shù)量、能量、事件間距離），結(jié)合應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分析地下巖體失穩(wěn)破壞過(guò)程的微震數(shù)據(jù)和應(yīng)力場(chǎng)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(duì)應(yīng)關(guān)系。然后對(duì)不同表征單元體內(nèi)的巖體強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行綜合反演，提出基于微震數(shù)據(jù)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)的巖體強(qiáng)度參數(shù)動(dòng)