[發明專利]一種基于爆破振動監測的深部巖體巖爆預測預警方法

在審

• 申請號: 201410057802.6
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103777232A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 嚴鵬;趙振國;盧文波;陳明
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及一種基于爆破振動監測的深部巖體巖爆預測預警方法，適用于水利水電工程、交通、礦山等領域深埋地下洞室開挖或深部采礦過程中強烈巖爆（沖擊地壓）的預測和預警。

背景技術

由于巖爆是非常復雜的動力地質災害現象，其影響因素眾多，由此也決定了巖爆預測的多樣性及復雜性，目前國內外學者已從強度、剛度、能量、穩定、斷裂、損傷、分形和突變等方面對巖爆進行分析，提出各種的假設和判據。如Rusesenes、Turchaninov、賈愚如、王元漢等人的巖爆判別準則；徐林生等人的施工地質超前預報法和??/?R判據預測法；波蘭Kidy—binsk的儲能測試分析預測法；侯發亮臨界深度預測法等等。

這些巖爆預測的理論方法，大多基于數值模擬和室內試驗和簡單的應力判斷，預測精度低，雖具有普適性，但針對性差，只能進行宏觀判斷，應用受到很大的局限。隨著對巖爆發生機理研究的深入和現代信息技術的發展，人們開始借助一些必要的儀器，對地下工程的現場或巖體直接進行監測或測試，來判別是否有發生巖爆的可能。

巖爆的微震監測預報技術是目前被寄予厚望的現場巖爆監測預報方法，預測精度也較高。然而傳統的聲發射（Acoustic?Emission）監測儀器，其測點網的布置工作量很大，需要在巖爆傾向性的部位鉆孔，設備和人員十分危險，探頭還要與巖體進行良好的耦合，以抵抗干擾，使用起來比較復雜。安裝占用作業時間和空間，工程量很大，需投入較多的人力和物力，預測作業時間較長，影響和限制施工速度，預測所需費用高，而且其準確性易受人工及工作面巖體在空間上分布不均勻和時間上不穩定的影響，測試數據只能反映測量時的靜態特征。另外，在巖爆危險部位打鉆孔，對設備和人員有較大危險。因此該方法需要十分巨大的投資和專門的監測分析團隊，系統建設周期也較長，比較適合于深埋巨型礦山的開采過程和深埋巨型地下洞室群的巖爆預測。對于投資規模較小的工程，或者長度較大的交通、引水隧洞等，其工作面小而且隨施工進度變化較快，傳統的監測系統布置較為困難，存在精度不高和投入不足等因素的影響。

發明內容

為解決以上現有監測技術的不足，本發明提出了一種基于爆破振動監測的深部巖體巖爆預測預警方法，利用爆破振動監測的設備，通過信號分析來實現對深部巖體巖爆的進行預測和預警，簡便實用，不需要巨大的人力和物力投入，且不干擾現場施工，靈活方便，對不同的工程適應性強。

一種基于爆破振動監測的深部巖體巖爆預測預警方法，包含如下步驟：

1、將爆破振動傳感器設置在本洞和臨洞的邊墻或底板上，并將爆破振動傳感器緊密地固定在圍巖上；

2、采用爆破振動傳感器監測微震信號的低頻成分，三通道并行采集信號并轉換成電信號記錄；

3、爆破振動傳感器通過數據連接線與包括有信號放大器、無線電信號轉發器的前端信號處理器相連，電信號經信號放大器放大，繼而經無線電信號轉發器轉發給遠端信號分析處理系統；

4、遠端信號分析處理系統包括無線電信號接收器和振動信號識別過濾系統；無線電信號接收器將接收到的信號傳遞給計算機的振動信號識別過濾系統，對振動波形進行頻譜分析識別分離；

5、對經步驟4分離出的波形信號（時譜信號）進行特征參數的提取，根據提取后的參數值大小及其變化情況，進行災害預測或評價，當安全指數超過設定的巖爆預警范圍時自動觸發報警裝置報警。

所述爆破振動傳感器的頻響范圍為0～500kHz，采樣率為1kHz～50kHz。

所述對振動波形進行頻譜分析識別分離，是指通過對信號進行小波分析和頻譜分析，根據微震信號主頻、持續時間、振幅特性，應用數字信號處理的濾波方法，過濾掉干擾信號所在頻段，實現對疊加波形分離。

常用的微震信號特征參數包括事件率、振幅、能量計數、事件持續時間、頻率分布和時差。

本發明基于爆破振動監測的深部巖體巖爆預測預警方法的優點是：

1，使用爆破振動傳感器，設備體積小造價低，安裝簡單且精度高，監測網絡建設周期短，可重復利用，因此既能適應大的洞室群，大型礦山的巖爆預報預警，也適用于投資較小的深埋隧洞。

2，可避免在巖爆危險區域鉆孔對人員和設備造成的危險，也避免了鉆監測孔對圍巖的擾動，使用石膏等廉價材料作為粘合劑，快速、可靠、不干擾施工，不干擾施工速度，效率高。

3，有效信號的自動識別，采用信號頻譜分析及時能密度分析方法可實現有效信號的自動識別與分離，可根據不同地質條件和施工環境設置過濾條件，具有精度高，適用性強的優勢。