CN106054243A - 一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法。首先，通过安装微震监测系统来获取微震监测数据，并建立微震事件数据库。然后，通过分析微震事件在空间上的分布特征以及和地质构造之间的关联，确定岩爆高危区域。接着基于微震数据库，统计计算4个岩爆预测指标，分别为平均微震事件数N，平均能量释放量E，地震参数b的下降量Δb，以及最大地震震级M _m。最后，通过分析4个岩爆预测指标随时间变化趋势和岩爆之间的关联关系，确定合理报警阈值，如超过报警阈值，就存在发生岩爆危险。附图显示了4个岩爆预测指标中最大地震震级M _m的变化曲线和报警阈值的选取。

Description

一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法

技术领域

本发明属于地下开挖工程和矿山采掘工程领域，涉及一种岩爆预测方法。

背景技术

岩爆是世界范围内地下开挖工程和矿山采掘工程最严重的地质灾害之一。尤其近年来，随着矿山采掘工程深度的增加，岩爆灾害趋向越来越严重。由于岩爆的发生往往具有突然性，没有明显的前兆，其预测预防就显得困难重重。目前，尽管提出了多种岩爆预测理论和方法，由于生产实践中，每一个工程都具有自己的特点，影响岩爆的因素很多，岩爆的精准预测还无法实现。随着微震监测技术的不断进步，微震监测已经成为岩爆安全预警的一种实用手段。相比其他监测手段，微震监测技术能够提供丰富的时空序列信息；微震事件参数与波形信号特征的变化和岩爆之间存在着一定的联系。因而，在地下开挖工程和矿山采掘工程中，很有必要监测微震、建立微震数据库。在此基础上，根据岩体力学和地球物理学的基本原理，通过对大量微震数据的系统分析，认真总结岩爆前监测信息的变化特征，可能会获得岩爆发生的前兆信息。鉴于目前岩爆预测以定性或者单参数预测方法居多，本发明拟结合实际工程，通过对微震监测获取的大容量数据库进行系统分析，提出一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法，为目前岩爆预测预报提供新的思路和方法，更好地服务于工程实践。

本发明所采用的技术方案是通过统计计算4个岩爆预测指标并且确定报警阈值来实现岩爆预测功能，主要按照以下步骤进行：

第一步，采用目前主流的微震监测设备，在施工现场合理布置台阵，微震监测系统经调试后开始工作，使之能够对有岩爆倾向的区域进行实时监测。检波器获取连续的波形信息，通过专业软件处理分析，检测识别微震事件并且计算出空间位置、发生时间以及强度等信息，并将这些信息汇总，建立微震事件数据库。

第二步，圈定岩爆高危区域。根据微震事件的集中分布程度和已经探明的地质构造特征，尤其是断裂构造等工程地质信息，确定岩爆可能发生的区域。具体做法是，在微震事件分布密度较高，尤其是微震与断裂构造发育重叠区域可以视为会发生岩爆的危险区域，对这些区域重点关注，可以进行岩爆早期预警和提出防治对策。

第三步，利用建立的微震数据库，经过筛选和统计计算预测指标，建立时间域上的岩爆预测方法。本发明提出的4个岩爆预测指标，分别为平均微震事件数N，平均能量释放量E，地震参数b的下降量Δb，以及最大地震震级M _m。分别绘制4个预测指标的时间变化曲线，可以获得岩爆预测指标的变化趋势。

第四步，通过观察一段时间内上述4个岩爆预测指标变化曲线的走势和岩爆事件发生之间的关联，确定合理的报警阈值。当上述4个岩爆预测指标突破报警阈值时，则认为即将发生岩爆事件，可以提前做好预防准备并将损失降到最低。

本发明可以通过数据库的积累不断优化岩爆预测指标和报警阈值的选取。不断提升报警质量和效果。附图显示了在一个实例中4个岩爆预测指标随时间变化的曲线以及报警阈值，箭头表示有岩爆事件发生。

附图说明

图1为指标N的曲线图。

图2为指标E的曲线图。

图3为指标Δb的曲线图。

图4为指标M _m的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明主要基于微震监测软硬件系统获取的微震监测数据，建立微震数据库。对微震数据库进行计算分析并且提出岩爆预测量化指标是本发明的关键。

第一步，需要安装微震监测系统并进行连续监测，利用微震监测结果建立微震数据库。数据库包含微震事件的时空分布、强度、能量等信息。数据库的建立为后期计算岩爆预测指标打下基础。

第二步，结合微震事件的分布以及地质构造等特征，进行岩爆高危区域的圈定工作，确定岩爆可能发生的高危区域。具体方法是观察微震事件和地质构造的分布，将微震事件密度较高，尤其是和断层、断裂等地质构造发育区域有着较高联系的区域，视为岩爆风险区，需要提前采取措施加以应对。

第三步，基于已经建立的微震事件数据库，定义并计算出4个岩爆预测指标，即（1）平均微震事件数N，（2）平均能量释放量E，（3）地震参数b的下降量Δb和（4）最大地震震级M _m。大量研究表明，微震事件数的活跃程度和岩爆事件发生之间在时空上都存在着某种联系。微震事件数急剧升高和能量释放急剧增加之后可能使发生岩爆的倾向增强，统计计算平均微震事件数N和平均能量释放量E，通过观察微震事件和岩爆的记录确定合理的报警界限。无论是构造地震还是微地震事件，在一定区域内的震级-频率分布特征都符合lgN=a-bM的关系，参数a和b都有一定的物理意义，尤其是b值，能够明显反映出岩爆的倾向性。具体来说，b值降低之后可能会发生岩爆。因此，将参数b的下降量Δb作为预测指标。b值的计算方法是通过最小二乘法线性拟合获得，在获得b值之后，可以建立Δb的变化曲线。通过公式lgN=a-bM，定义N=1时，M _m =a/b，计算M _m值并做出最大地震震级M _m随时间变化曲线。此指标表示一旦发生岩爆，其可能发生的剧烈程度。

第四步，统计计算4个岩爆预测指标之后，根据4个岩爆预测指标的大小和发生岩爆的关联，确定报警阈值。这4个岩爆预测指标和岩爆发生的可能性均呈现正相关的关系，可以认为当4个岩爆预测指标超过报警界限之后可能会发生岩爆。

Claims (1)

1.一种基于微震监测的岩爆多指标预测方法，其特征在于按照以下步骤进行岩爆预测：

第一步，安装微震监测系统进行连续监测，并建立微震事件数据库；

第二步，在微震事件分布密度较高，尤其是微震与断裂构造发育重叠区域视为发生岩爆的危险区域；

第三步，基于微震事件数据库，提出4个岩爆预测指标（平均微震事件数N，平均能量释放量E，地震参数b的下降量Δb，以及最大地震震级M _m）的时间变化曲线预测岩爆变化趋势；

第四步，通过观察一段时间内4个岩爆预测指标曲线的走势和岩爆事件发生之间的关联，确定合理的报警阈值，一旦4个岩爆预测指标超过报警阈值就认为可能会发生岩爆。