黔西南锦丰金矿巷道开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究

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黔西南地区开采地质条件复杂,深部巷道围岩稳定性控制和灾害预警成为该地区矿山安全生产的重要难题。相对于传统围岩稳定性监测手段的滞后性,微震监测技术能够动态获取岩体失稳的前兆信息。本文以黔西南锦丰金矿为工程背景,针对巷道开挖过程中出现的冒顶和片帮现象,综合采用现场调查、理论分析、微震监测和仿真试验相结合的手段,对30E水平中段巷道开挖掘进期间围岩微震信号特征和微震事件时空演化规律进行研究。主要研究结论如下:(1)通过现场调查,锦丰金矿巷道变形破坏特征主要表现为:巷道两帮收敛位移量大,且向内鼓起开裂;巷道顶板拱顶开弯并出现裂隙;巷道两帮发生不对称变形破坏。巷道失稳影响因素包括:断面大小、围岩岩性、地应力和地质构造、开挖扰动、支护效果等。(2)以30 m水平掘进巷道为监测对象,采用可回收式传感器安装方式,构建一套6个传感器、8通道IMS微震监测系统;采用累计20次人工敲击岩壁试验方式,选取平均定位误差最小时的P波波速5050 m/s为最优波速,此时系统误差小于10 m,在监测期间微震事件定位误差分布在2~5 m之间,满足实际工程应用的定位精度需求。(3)针对传统希尔伯特黄变换(HHT)分析方法存在的模态混叠效应,将CEEMD分解与希尔伯特变换结合构成改进HHT法;对两类信号的偏度、峭度、LZ复杂度、Hilbert边际谱能量、分形维数等5类参数进行特征提取和Laplacianscore算法特征降维;最后通过GA-SVM模型对矿山信号分类识别,识别准确率达到95%。(4)微震事件时空分布特征和震源参数演化规律与施工活动强度密切相关,属于即时型微震。施工强度较弱时,微震事件数少,多重分形谱参数Δα 和Δf(α)以及震源参数变化平稳;施工强度提高后,微震事件数激增、累积视体积、能量指数和施密特数以及Δα 逐步增大,Δf(α)逐渐减小;围岩变形破坏严重时,微震事件以大震级为主,累积视体积、能量指数增长速率显著提升,施密特数迅速降低,Δα 由最高值逐渐减小、Δf(α)由最小值逐渐增大,岩体失稳风险提高;施工强度降低、围岩支护强度提高后,微震活动性减弱,应力集中向岩体深部转移,围岩步入缓慢变形阶段。
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