[发明专利]一种基于爆破振动监测的深部岩体岩爆预测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于爆破振动监测的深部岩体岩爆预测预警方法，适用于水利水电工程、交通、矿山等领域深埋地下洞室开挖或深部采矿过程中强烈岩爆（冲击地压）的预测和预警。

背景技术

由于岩爆是非常复杂的动力地质灾害现象，其影响因素众多，由此也决定了岩爆预测的多样性及复杂性，目前国内外学者已从强度、刚度、能量、稳定、断裂、损伤、分形和突变等方面对岩爆进行分析，提出各种的假设和判据。如Rusesenes、Turchaninov、贾愚如、王元汉等人的岩爆判别准则；徐林生等人的施工地质超前预报法和??/?R判据预测法；波兰Kidy—binsk的储能测试分析预测法；侯发亮临界深度预测法等等。

这些岩爆预测的理论方法，大多基于数值模拟和室内试验和简单的应力判断，预测精度低，虽具有普适性，但针对性差，只能进行宏观判断，应用受到很大的局限。随着对岩爆发生机理研究的深入和现代信息技术的发展，人们开始借助一些必要的仪器，对地下工程的现场或岩体直接进行监测或测试，来判别是否有发生岩爆的可能。

岩爆的微震监测预报技术是目前被寄予厚望的现场岩爆监测预报方法，预测精度也较高。然而传统的声发射（Acoustic Emission）监测仪器，其测点网的布置工作量很大，需要在岩爆倾向性的部位钻孔，设备和人员十分危险，探头还要与岩体进行良好的耦合，以抵抗干扰，使用起来比较复杂。安装占用作业时间和空间，工程量很大，需投入较多的人力和物力，预测作业时间较长，影响和限制施工速度，预测所需费用高，而且其准确性易受人工及工作面岩体在空间上分布不均匀和时间上不稳定的影响，测试数据只能反映测量时的静态特征。另外，在岩爆危险部位打钻孔，对设备和人员有较大危险。因此该方法需要十分巨大的投资和专门的监测分析团队，系统建设周期也较长，比较适合于深埋巨型矿山的开采过程和深埋巨型地下洞室群的岩爆预测。对于投资规模较小的工程，或者长度较大的交通、引水隧洞等，其工作面小而且随施工进度变化较快，传统的监测系统布置较为困难，存在精度不高和投入不足等因素的影响。

发明内容

为解决以上现有监测技术的不足，本发明提出了一种基于爆破振动监测的深部岩体岩爆预测预警方法，利用爆破振动监测的设备，通过信号分析来实现对深部岩体岩爆的进行预测和预警，简便实用，不需要巨大的人力和物力投入，且不干扰现场施工，灵活方便，对不同的工程适应性强。

一种基于爆破振动监测的深部岩体岩爆预测预警方法，包含如下步骤：

1、将爆破振动传感器设置在本洞和临洞的边墙或底板上，并将爆破振动传感器紧密地固定在围岩上；

2、采用爆破振动传感器监测微震信号的低频成分，三通道并行采集信号并转换成电信号记录；

3、爆破振动传感器通过数据连接线与包括有信号放大器、无线电信号转发器的前端信号处理器相连，电信号经信号放大器放大，继而经无线电信号转发器转发给远端信号分析处理系统；

4、远端信号分析处理系统包括无线电信号接收器和振动信号识别过滤系统；无线电信号接收器将接收到的信号传递给计算机的振动信号识别过滤系统，对振动波形进行频谱分析识别分离；

5、对经步骤4分离出的波形信号（时谱信号）进行特征参数的提取，根据提取后的参数值大小及其变化情况，进行灾害预测或评价，当安全指数超过设定的岩爆预警范围时自动触发报警装置报警。

所述爆破振动传感器的频响范围为0～500kHz，采样率为1kHz～50kHz。

所述对振动波形进行频谱分析识别分离，是指通过对信号进行小波分析和频谱分析，根据微震信号主频、持续时间、振幅特性，应用数字信号处理的滤波方法，过滤掉干扰信号所在频段，实现对叠加波形分离。

常用的微震信号特征参数包括事件率、振幅、能量计数、事件持续时间、频率分布和时差。

本发明基于爆破振动监测的深部岩体岩爆预测预警方法的优点是：

1，使用爆破振动传感器，设备体积小造价低，安装简单且精度高，监测网络建设周期短，可重复利用，因此既能适应大的洞室群，大型矿山的岩爆预报预警，也适用于投资较小的深埋隧洞。

2，可避免在岩爆危险区域钻孔对人员和设备造成的危险，也避免了钻监测孔对围岩的扰动，使用石膏等廉价材料作为粘合剂，快速、可靠、不干扰施工，不干扰施工速度，效率高。

3，有效信号的自动识别，采用信号频谱分析及时能密度分析方法可实现有效信号的自动识别与分离，可根据不同地质条件和施工环境设置过滤条件，具有精度高，适用性强的优势。