文摘

开挖引起的岩爆灾害的硬摇滚和卸载的地下洞穴威胁工程建设的安全。近年来,微震监测技术可以动态地监控整个生产过程的实时岩体渐进的失败,已广泛应用于地下工程的岩爆监测和预警。针对轻微在当地开挖中围岩岩爆Huanggou抽水蓄能电站地下厂房,岩爆灾害微震监测系统构建。并通过时间和空间的分析微震活动在监控期间,岩爆的潜在风险区域的识别和描述。监测结果表明,微震的系统可以有效地捕获爆破施工期间和微震的信号。微震的活动现场爆破扰动的强度密切相关。岩爆的潜在风险领域的上游侧拱肩和降低排水廊道和车间之间的交叉安装的房间。研究结果可以为后来开挖提供技术支持和支持Huanggou水电站的地下厂房洞室。

1。介绍

岩爆是岩体动态不稳定的现象如断裂、剥落,弹射,甚至扔,造成存储的弹性应变能突然释放其中由于地下工程开挖和加载删除在高地应力环境。岩爆通常发生在硬脆性岩体,并伴有不同程度的开裂的声音(1- - - - - -4]。随着地下工程更深,岩爆发生更频繁。频繁的在深地下洞室的开挖岩爆灾害直接威胁施工人员和设备的安全,施工进度延迟,尤其是,在严重的情况下。举个例子,在2009年11月28日,习近平的排水隧道二世在雅砻江水电站在中国四川省遭受了强烈岩爆施工,及其支持系统被严重破坏,导致7人死亡,一人受伤。救援和清洁工作持续了超过一个月,和事故造成的直接和间接经济损失是不可估量的4,5]。

目前,岩爆预测方法应用于工程实践主要包括国内外微震的,微重力,电磁辐射,地震学、钻井岩屑,水分,光测弹性学,流变方法,反弹6]。其中,微震的方法可以动态监测岩体渐进的失败的整个过程实时、有效地描述潜在风险区域的岩爆监测区域,及时评估和预测围岩的稳定性。与其他现场岩爆监测方法相比,微震的方法具有明显的优势,近年来广泛推广并应用于工程实践。

先进的微震监测系统已经安装在大多数地下工程在发达国家如加拿大、南非、美国,和澳大利亚已经成功地应用于分析和确定断裂分布,损伤状态和岩爆风险预测(7]。1986年,在北京门头沟区中等煤矿使用8路从波兰进口的微震监测系统监测微震的煤炭矿区的活动,这是开始的微震监测系统在中国的应用(8,9]。李等人。10)建立了一个16通道微震监测系统在广东凡口铅锌矿和初步分析了深部开采地区的大型爆破微震的活动。近年来,冯和其他学者微震的系统引入岩爆监测和早期预警等水电工程地下洞室的习近平,Dagangshan, Houziyan [11- - - - - -14]。马和其他学者应用边坡工程的微地震监测系统,为了描述可能的岩体破裂带和潜在滑面边坡和边坡工程提供一个依据支持(15- - - - - -17]。实践证明,微震监测技术预测和保护奠定了良好的基础在很深的地下工程岩爆灾害。

摘要微地震监测系统Huanggou抽水蓄能水电站地下厂房的建造,并基于监测数据的两个月开始,强国洞穴的爆破开挖引起的微震的活动进行了分析。

2。概况Huanggou水电站的地下厂房区域

Huanggou抽水蓄能电站位于Sandaohezi镇Hailin,黑龙江省牡丹江市。其装机容量 。主要结构包括一个上游水库,水传输系统,地下厂房系统,接地开关站,降低储层。开挖主要和辅助动力的大小洞穴 ( ),顶拱高度是178.60米。主变压器室的开挖规模 ( ),顶拱高度是175.10米。尾门室的开挖尺寸 ( ),顶拱高度是159.20米。的轴向方向强国是N49°W,主变压器室和后挡板室平行排列的强国。主要大国之间的中心距和主变压器室是61.30米,主变压器室和后挡板之间,44.35室。

占领的区域电站从地形上小构造盆地低和中等身高的山川河谷形成的构造侵蚀。地下厂房区域有一个丘陵地形,轻度降低,与山的海拔470至530米之间的地面坡度20°和40°。地下厂房350 ~ 400年的埋藏深度,及其围岩主要是艰难的和完整的白岗岩。这类围岩的地质结构不发达,和两个小错误,f₃₃和f₃₄急倾斜角度,3 - 5毫米宽,适度扩展,被发现。主变压器室通过两个陡倾断层,f_31日和f₃₂。f_31日断层是0.3 ~ 1.10米宽,后者是0.05米宽。其馅料主要是碎裂岩和岩石碎片。在这个领域,有三组陡倾角关节(分别为NWW、NE和NEE)和一群NEE-direction缓倾斜岩体的关节。联合间距一般是0.5 ~ 2.5 m,大部分都是在一个封闭的状态。围岩的动力主要是II型围岩,和他们的完整性是相对完整的完成(见图1)。根据地应力的测量和分析回归应力场的反演结果,最大主应力在地下厂房面积11.0 ~ 15.0 MPa,这是一种介质的压力。

在初始阶段的水电站地下厂房的开挖,围岩的不同位置都经历了不同程度的楼板与岩石破裂(见图2)。为了了解后续开挖过程中围岩的稳定性,介绍了微地震监测系统实时监控地下厂房,以便识别和描述的潜在不稳定风险的地区影响围岩的稳定性,为安全施工提供指导。

3所示。微震监测系统在地下厂房区域

3.1。微地震监测和定位的原则

当岩体受外力时,微裂隙岩体会发生,通常伴随着弹性波,释放应变能和生成微震的事件。如果一定数量的传感器被安排在震源周围的岩体形成空间数组,当监测身体微震的事件发生时,它会向外传播所产生的弹性波通过周围的介质和接收传感器安装在靠近岩墙的洞。传感器将微震的信号转换成电信号并发送他们通过电报信号采集仪器。信号采集仪器将电信号转换为数字信号,将他们传输到计算机分析。通过分析和处理微地震事件波形处理软件和展示他们与三维可视化软件,时间,空间位置,和强度信息的岩石微震的事件,也就是说,这三个元素的“时间、空间和强度”的岩石微裂缝(18]。图3是一个原理图的微地震监测的原则。

微震的源定位方法确定岩石断裂的位置根据源岩石介质中的弹性波传播速度通过监测产生的弹性波的到来岩体断裂。源位置如图的原则4。微地震定位方法可分为区域定位法和点定位法(时差定位方法)。目前,几种常用的定位方法主要包括最小二乘方法,贝叶斯定位方法,相对定位方法(ATD),缓慢分散方法,单纯形定位方法,和盖革定位方法(19- - - - - -22]。盖革定位方法的一个应用高斯牛顿法。适用于小面积地震定位精度高,这个方法需要相对宽松的定位条件事件,还有更合理定位事件。加拿大的环境、社会和治理微地震监测系统用于本文使用盖革基于时差定位方法定位原则定位源事件。在传感器阵列排列在微震的源监控区域,传感器之间的相对距离。弹性波的到达时间的差异由数组中的每个传感器称为时差。时差提供源事件之间的距离信息和传感器阵列和源事件的位置可以确定通过选择一个合适的地震波速度模型。

盖革定位方法是通过迭代方法最终结果从一个给定的测试点 。在每个迭代中,修正向量 基于最小二乘法,计算向量被添加到前一个迭代的结果(测试点)获得一个新的测试点,然后判断这个新的测试点是否符合要求,如果符合要求。如果它满足要求,这个点的坐标将源的位置。如果不是,继续迭代。每次迭代的结果是由下面的时间距离方程(1)( , , ,和已知数据由人工设定或迭代)。 在哪里 测试点的坐标,是手动设置的初始值;事件发生时,其初始值设置手动; 的空间位置吗 - - - - - -th传感器坐标;的时间是波信号接收的 - - - - - -th传感器;的传播速度是波在岩体。

的到达时间的收到的波 - - - - - -th传感器、一阶泰勒展开式的到达时间计算测试点坐标可以表示为 在哪里是时间波到达测试点坐标的计算 - - - - - -传感器。在方程(2),

为传感器,方程可以获得和书面形式的矩阵。 在哪里

修改后的向量是通过求解方程(3),高斯消元法。

从方程(修正向量得到后5),继续迭代 新的测试点,直到满足误差要求。

3.2。建立微地震监测系统

加拿大的环境、社会和治理的高精度微地震监测系统(工程地震学集团)在项目中采用,其中包括加速度传感器、电缆、圣骑士信号采集系统,和汉斯数据处理系统。地下厂房区域的项目由7层,形成的开挖与10米的厚度,8米,8.1米,6.6米,7.4米,7.5米,6.2米从上到下。当微震的系统被建立,第三层的开挖完成后,后挡板室和母线隧道已开挖的中间点,和主变压器室,上/中/下排水通道、通风隧道,隧道和交通都被挖掘。根据地下厂房的开挖状态区域,18个传感器被安排在挖掘上/中间排水通道形成一个空间数组,专注于监控和分析的影响进一步开挖扰动围岩的稳定的大国屋顶拱和上游侧墙。图5是一个原理图的分层开挖地下强国和传感器的位置。

图6是一个原理图的空间布置传感器。6和8单轴传感器,分别安排在上层和中层地下厂房系统的排水通道,三个单轴传感器排列在主变压器室里,一个单轴传感器是安排在大国之间的交通隧道和主变压器的房间,和监控中心位于交通隧道。传感器安装孔的直径50毫米,约4米的深度。安装时,前端的传感器固定在孔的底部与锚树脂。传感器与岩体接触点,从四面八方可以得到弹性波信号。在微震的系统位置,传感器的操作是通过手动冲击试验来验证。

3.3。速度模型的选择

速度模型的有效选择是非常重要的事件源的定位精度和定位误差。系统的安装后,总共10手动敲实验是在上层和中层进行排水通道决定速度模型。根据可用的信息,平均波速的岩体中地下厂房面积4700 ~ 5100毫秒¹。系统波速度采用17个不同波速度值在4700年和5100年之间¹。参照事件位置和捕获的原理和波形处理的方法讨论了文献[19),十个实验分手工冲击系统,和位置的平均误差结果。波速的相关分析和事件进行位置错误,结果如图所示7。最后,最优岩体波速的监测面积是5150 ms¹,最小定位误差是5.4米,和系统的定位精度满足要求的监控(11]。

4所示。微震监测结果的分析

2017年9月30日,11月30日,2017年,微地震监测系统捕获的123微震的事件,两个事件每天平均和54爆破事件,大约平均每天一个。图8显示了典型的微地震和爆破事件信号波的监控系统。微震的信号具有独特的波组件,时间短,其振幅主要是集中数十至数百毫伏,及其频率主要分布在中、低频乐队500 Hz以下。爆破波有多个波形叠加在一个窗口中,长时间,大的振幅,频率高。

4.1。微地震事件的时间分布

通过分析微震事件的时间分布,可以理解的时间特征岩石微裂纹的起始、发展、和聚合之间的关系,找出微裂隙岩石和地下洞室开挖等施工扰动(12]。图9显示累计微震事件的演变和爆破事件监测区域的地下厂房从9月30日到11月30日,2017年。从图可以看出,从9月30日到10月26日,累计微震事件随时间的演化曲线是温柔和增量范围很小,这表明很少有微裂缝岩体和岩爆的风险很低。没有增加累积爆破事件。在这段时间里,工程就因为某些原因停了下来。爆破作业完全在网站,岩体几乎不受外力的干扰,微震的活动并没有明显的恢复建设后,累计微震的事件和爆破事件显示一个明显的增加趋势随着时间的推移,有两种类型的事件之间的正相关关系。在此期间,岩体中的微裂缝事件相对活跃,和岩爆风险相对较高,这显然是受到现场开挖和爆破的影响。可以看出,施工干扰等外部力量的主要因素诱发微震的事件。

4.2。微地震事件的空间分布

通过微震事件的空间分布,岩体的微裂缝区可以有效地识别,然后,地下厂房区域的潜在岩爆风险区域可以预测。微震事件的集中区域的密度和频率可分为通过分析微震事件的空间分布。图10显示了微地震事件的空间分布在监测区域从9月30日到11月30日,2017年。在这个图中,一个球体代表微震的事件,及其与更大范围的大小代表能量,站在更大的能量大小和不同的颜色代表不同的时刻。微震事件主要集中在拱肩上游侧的强国,海拔从150米到180米(记录为带我)和较低的交集排水通道和发动机安装房间,海拔从110米到140米(记录区II)。结合地下厂房的现场施工和现场调查分析,微震事件在这两个区域分布沿断层f_31日和f₃₄。微震事件集中在上面的区域,因为动态扰动如机械振动和在开挖爆破振动的强国。然而,有一个主要断层在围岩微震的积累区域的开发,和压力可能会专注于结构表面的故障强度较低,导致显微裂纹的岩石。

4.3。微地震事件的初步分析

在两个月内处理后的微震的数据和分析地下厂房洞室的建设,微震事件的集中区域主要是由动态扰动引起的振动带来的施工机械和爆破操作。大小、能源和微震事件的震源半径在带我很小,而在第二区更大。目前,没有大规模的岩爆监测区域,但偶尔在一些地区岩体坍塌发生的微震事件集中区域(见图11)。岩体微裂隙不断发生,表明岩爆的潜在危险的地方,因此有必要关注微震的活动在这样的地方。所有的微震的事件已经准确地捕捉到监控系统,证明了这种微震的系统的可靠性在岩爆预测和预警,以及评价围岩的稳定性。

岩爆的预防在构建阶段主要包括优化围岩的压力,优化围岩的物理力学特征,全面加强围岩。现有的微震监测结果表明,岩爆风险在地下厂房区主要是一个时滞岩爆。工程岩爆的预防和控制主要包括以下。(1)在爆破过程中,应增强光面爆破,开挖部分应该顺利治疗减少应力集中,有效地提高开挖的质量。(2)冷水开挖表面喷洒或高压注水钻孔改善围岩的物理和机械性能。(3)缩短挖掘素材,一般不超过2米。开挖后,最初的锚网喷射混凝土的支持将被用来减少曝光时间和区域的岩体。(4)建立合理的围岩支持和强化措施。例如,加强围岩的支持在区域1和区域2和增加螺栓的长度。

5。结论

本文以地下厂房区域的Huanggou抽水蓄能水电站为例,利用微震监测系统监测和预报岩爆。实践证明,微震的系统可以有效地捕获高频爆破和低频微震的事件。在两个月内监测结果表明,地下厂房区域微震的事件的频率与爆破开挖的施工频率呈正相关。微震事件主要集中在上游侧的拱肩的交集的大国以及交叉降低排水通道,强国之间的安装空间和分布在沿着断层带。目前,没有大规模的岩爆监测区域,但应当密切关注施工强度对围岩的稳定性的影响在微震的集中地区。最后,针对工程岩爆的预防和控制措施。这对评价强国奠定了基础的稳定。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是由大学重点科研项目和河南省重点科技项目,哪些数字21 a440015 22 a570007,分别和212102310601。