微震监测在采动地质灾害监控技术中的应用研究
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摘要
微震监测是90年代国际上发展起来的一项新的物探技术,它可以应用于地质灾害监测、矿山压力监测、煤矿“两带”监测等多个领域。在国外,微震监测技术应用已经比较普遍,而国内还处于起步阶段。随着现代化建设发展,重大工程项目也越来越多,而这些工程结构及其所处地质体结构的稳定性直接关系到国计民生。各种断裂、坍塌而造成的工程地质灾害每年都给我国造成巨大的经济损失,甚至危及人民生命安全。采用微震监测技术通过实时监测岩体破裂情况,可以及时圈定灾害危险区,从而在很大程度上实现灾害的预测和防治,对减少伤亡事故具有十分重要的意义,在地质灾害监测、矿山开采、矿井安全等部门起着重要的作用。因此,设计与研发出一套安全且有效的微震安全监测系统,成为了当务之急。
本文针对非煤矿山采动地质灾害监控技术进行了研究,介绍了微震监测系统的构成及工作原理,通过布置阵列传感器测定微震信号的到时残差,连同各传感器坐标及所测波速建立方程组,用牛顿迭代法通过LabVIEW计算出微震事件的时空结果,确定微震动源位置。同时提出了一种全新的不需要读取波形到时的微震定位方法。
此外,编制了配套的的基于虚拟仪器LabVIEW的安全监控软件,能实现安全参数信号采集、数据处理、比较报警和分段存储数据等功能。并对非煤矿山微震监测系统的测试影响因素也进行了一定的探讨。
Microseism monitoring is a new detect objects technology that developed in the 1990s.Itcan be applied in the geological disaster,mining pressure monitoring,and the“two take" of coalmines areas monitoring and so on. The monitoring technologies of the shock have been usedmore common in foreign than our country that are still in the initial stage. With the developmentof the modern construction, more and more major projects are needed, but the stability of thegeological structure is directly related to the national economy and people’s lives. Theengineering geology damage of breakings and collapses has caused our economic loss and evenendangered people's life every year. Using monitoring technology can timely find disaster regionalthrough the real-time monitoring in order to predict and prevent for the disaster to a large extent.It is very significant for reducing the accidents and plays an important role in the geologicaldisaster monitoring,mining and the mine safety department and so on. Therefore, It becomes apriority to design and develop a safe and effective monitoring system.
This article studied the move geological disaster of the non-coal mining,and introduced theform and principle of the monitoring system. How it works by the array sensors to measure lightthat signals is arrived, and the various sensors to coordinate and measure the waves speed, thencalculate the result of the event of a shock, determine the result of light source location. At thesame time proposed a new method which doesn't need to read the shock wave to determinelocation.
In addition,compiling a matching safety monitoring software based on virtual instrument ofLabVIEW,which can realize the functions safe parameter signal acquisition, data processing,comparative alarm and segmented storage data etc.The factors which effect testing of themonitoring system of the non-coal mining are also discussed.
本文针对非煤矿山采动地质灾害监控技术进行了研究,介绍了微震监测系统的构成及工作原理,通过布置阵列传感器测定微震信号的到时残差,连同各传感器坐标及所测波速建立方程组,用牛顿迭代法通过LabVIEW计算出微震事件的时空结果,确定微震动源位置。同时提出了一种全新的不需要读取波形到时的微震定位方法。
此外,编制了配套的的基于虚拟仪器LabVIEW的安全监控软件,能实现安全参数信号采集、数据处理、比较报警和分段存储数据等功能。并对非煤矿山微震监测系统的测试影响因素也进行了一定的探讨。
Microseism monitoring is a new detect objects technology that developed in the 1990s.Itcan be applied in the geological disaster,mining pressure monitoring,and the“two take" of coalmines areas monitoring and so on. The monitoring technologies of the shock have been usedmore common in foreign than our country that are still in the initial stage. With the developmentof the modern construction, more and more major projects are needed, but the stability of thegeological structure is directly related to the national economy and people’s lives. Theengineering geology damage of breakings and collapses has caused our economic loss and evenendangered people's life every year. Using monitoring technology can timely find disaster regionalthrough the real-time monitoring in order to predict and prevent for the disaster to a large extent.It is very significant for reducing the accidents and plays an important role in the geologicaldisaster monitoring,mining and the mine safety department and so on. Therefore, It becomes apriority to design and develop a safe and effective monitoring system.
This article studied the move geological disaster of the non-coal mining,and introduced theform and principle of the monitoring system. How it works by the array sensors to measure lightthat signals is arrived, and the various sensors to coordinate and measure the waves speed, thencalculate the result of the event of a shock, determine the result of light source location. At thesame time proposed a new method which doesn't need to read the shock wave to determinelocation.
In addition,compiling a matching safety monitoring software based on virtual instrument ofLabVIEW,which can realize the functions safe parameter signal acquisition, data processing,comparative alarm and segmented storage data etc.The factors which effect testing of themonitoring system of the non-coal mining are also discussed.
引文
[1]国家安全生产监督管理总局．煤矿安全规程(2009版)[M]．北京：煤炭工业出版社，2009．
[2]陆嘉，张新．矿井监控系统中的数据存储与查询模块设计[J]．工矿自动化,2006,6：42-44．
[3]郝用兴．采动地质灾害系统工作状态监控与安全[J]．中国安全科学学报，2006,16(5)：126-129．
[4]高来顺，何惠平．用CP340实现工业PC对微震监测监控[J]．电气传动自动化,2001,23(4)：40-43．
[5]程久龙．岩体测试与探测[M]．北京：地震出版社.2000．
[6]李敬兆，王清灵．矿井开采机计算机监控系统[J]．煤炭科学技术.2000,28（10）：4-6．
[7]解世俊，红透山铜矿深部矿体开采技术研究报告[R]．沈阳：东北大学，1996．
[8]石长岩，红透山铜矿深部地压及岩爆问题探讨[J]．有色矿冶，2000,16（1）：4-8．
[9] Ch.Comninellis. Electrocatalysis in the Electrochemical Conversion/ Combussion ofOrganic Pollutants for Waste Water Treatment[J]. Electrochemica Acta. 1994,39(11-12):1857-1862．
[10] Lewis，E．，Walker．Testing and Functional Design of Mine Hoists[J]．CertificatedEngineer，V52，n9，Sep，1979，p470-486．
[11] Derosa M I．Analysis of mine fires for all U.S. underground and surface coal miningcategories：1990–1999[M]．Pittsburgh，PA：DHHS (NIOSH)，2004，36．
[12] Chien-Hsin Yang. Hypochlonte production on Ru-Sn binary oxide electrode and itsapplication in treatment of dye wastewater[J]. THE Canadian Journal of ChemicalEngineering, 1999,77:1161-1168．
[13]汪敏生．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[14]杨乐平，李海涛．LabVIEW高级程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[15] J．E．Floyd，K．B．McGrattan，S．Hostikka，et a1．CFD Fire Simulation Using Mixture Fraction Combustion and Finite Volume Radiative Heat Transfer[J]．Journal of FireProtection Engineering，2003 (13):ll–36．
[16] Engineering Guide-Human Behavior in Fire. June, 2003. Society of Fire ProtectionEngineers[J]. 7315 Wisconsin Avenue, Suite 620E Bethesda Maryland USA1-301-718-2910．
[17]马军．微震监测的可靠性对开采安全运行的影响[J]．煤矿机械，2001，22（9）：36～38．
[18]封士彩，朱松青．矿井微震监测失效分析[J]．煤矿机电，2002，23（2）：28～29．
[19]王焕义．岩体微震事件的精确定位研究[J．工程爆破,2001,7(3)：5-8．
[20]马莉莉．开采过程中人员安全疏散问题的计算机模拟研究[D]．武汉：武汉大学硕士学位论文，2004．
[21]陈智明．某矿山岩蹦时人员安全疏散时间的预测[J]．火灾科学，2003，12（1）：40-43
[22] Zhu H C.Wu H B. Interpretation of the monitored rock bolt stress and rock massdisplacement at the Three Gorges Project in China[J].Int.J. Rock Mech. and Min. Sci.,2004,41(3)：521．
[23] Anon，Remote elevator monitoring[J]．Elevator World Inc．2003(8)：104-113．
[24] Beus．M．J．，Ruff T．M．Lverson，S．Mccoy，W．G．Mine-shaft conveyance monitoring[J]．Mining Engineering(Littleton，Colorado)，V52，n10，Oct，2000，p301-303．
[25]刘军，刘敏．微震震源模拟基本理论探析与应用技巧[J]．安全科学，2006(1) :6-13．
[26]姜福兴，杨淑华．采场覆岩空间破裂与采动应力场的微震探测研究[J]．岩土工程学报，2003，25（1）：23-25．
[27] Barton N，Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice [J]. RockMechanics,1977,12(1):54．
[28]张新民，张有智，段雄．KJ型矿井采动地质安全防治方法探讨[J]．煤矿安全，2001，32（11）：37～39．
[29]朱杰，王珍．某矿山发生地压爆裂风险评估及人员疏散研究[J ]．消防科学与技术,2008，27（8）：570-573．
[30]李朝青．PC机及单片机数据通信技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社.2000．
[31]封士彩，朱松青．矿井微震监测失效分析[J]．煤矿机电，2002，23（2）：28～29．
[32]王致杰，王崇林．闸瓦温升与摩擦因数对才动地质安全制动的影响机理研究[J]．煤炭学报，2005，30增刊：149～152．
[33]郝用兴．矿井微震监测系统工作状态监控与安全[J]．中国安全科学学报，2006，16（5）：126～129．
[34]刘立群．矿井微震监测系统工作可靠性分析[J]．煤炭技术，2004，23（1）：10～11．
[35]金凤格．深度开采安全隐患及对策[J]．淮南职业技术学院学报，2003，39：70～71．
[36]马军．微震监测的可靠性对开采安全运行的影响[J]．煤矿机械，2001，22（9）：36～38．
[37] Vitturi S．DP-Ethemet The Prefabs DP Protocol Inplemented on Ethernet[J]. CompuLerCommunications．2003(10)，p76-81．
[38] Philipps，L.W.，and Unger．P.S.：Mathematical programming solution of a Hoist SchedulingProgram[J]．AIIE transactions，28(2)：219-225．
[39]万志军、周楚良．岩石声发射源机理的激振模型研究[J]．矿山压力与顶板管理，1998,No.4:67-69．
[40]陶纪南、张克利、郑久峰．岩石破坏过程声发射特征参数研究[J]．岩石力学与工程学报，vol.15.Supp.1996:452-455．
[41]余克圣、唐绍辉、吴迪文．岩体工程灾害微震监测系统的新进展[J]．矿业研究与开发，vol.19No.2.Apr.1999,40-50．
[42]李长洪、蔡美峰、乔兰．岩石全应力应变曲线及其与岩爆的关系[J]．北京科技大学学报，vo1.21No.6.1999,513一515．
[43]潘愚，李铁峰．灾害地质学[M]．北京：北京大学出版社，2002．
[44]李庶林．论开展金属矿山地质灾害研究的必要性[J]．采矿技术，2002(6),5—8．
[45]李如满，汪树栋．锡铁山铅锌矿地质特征—矿床成因及找矿标志[J]．矿产与地质，2003，17（3）：218～221．
[46]李晓峰,韩亚卿．锡铁山铅锌矿采空区处理探讨[J]．西部探矿工程,2002,(6):53—54．
[47]李峰,邓吉牛,坚润堂,等．青海锡铁山铅锌矿床地质找矿新进展[J]．矿物学报，2007，(4),436-438．
[48]王聚永．锡铁山铅锌矿424及430采场间柱回采方案研究[J]．矿冶,2007,(2),24-28．
[49]陆嘉，张新．监控系统中的数据存储与查询模块设计[J]．工矿自动化,2006,6：42-44．
[50]裴九芳，张新．基于LabVIEW的威震监测监控系统[J]．安徽理工大学学报(自然科学版)，2004，24：64～67．
[51]汪敏生．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[52]杨乐平，李海涛．LabVIEW高级程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[53]周治鹏．电气设备安装、使用与维修问答[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[54]杨乐平，李海涛，杨磊．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2005．
[55]孙守信．矿山自动控制系统[M]．北京：煤炭工业出版社，1996．
[56] Manier，M.A.，Varnier，C.，and Baptiste，P．A Multi-Hoists Scheduling Problem Approach[J]．Proceedings of the Fourth International Conference on Project Management andScheduling，1994，p110-115．
[57] Hanen，C. and Munier，A．Periodic Scheduling of Several Hoists[J]．Proceedings of theFourth International Conference on Project Mangement and Scheduling，1994，p108- 110．
[58] BaptisteP.，LegeardB.，ManierM.A.，and VarnierC. Optimization with Constraint LogicProgramming：The Hoist Scheduling Problem Solved with Various Solvers[J].Applications of Artificial Intelligence in Engineering，1993 Vol. 2，p599-614．
[59]谢锡纯，李晓豁．矿山机械与设计[M]．徐州中国矿业人学出版社，2000．
[60]汪敏生．LabVIEW基础教程[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[61]戴敬，王世立．LabVIEW基础教程[M]．北京：国防工业出版社，2002．
[2]陆嘉，张新．矿井监控系统中的数据存储与查询模块设计[J]．工矿自动化,2006,6：42-44．
[3]郝用兴．采动地质灾害系统工作状态监控与安全[J]．中国安全科学学报，2006,16(5)：126-129．
[4]高来顺，何惠平．用CP340实现工业PC对微震监测监控[J]．电气传动自动化,2001,23(4)：40-43．
[5]程久龙．岩体测试与探测[M]．北京：地震出版社.2000．
[6]李敬兆，王清灵．矿井开采机计算机监控系统[J]．煤炭科学技术.2000,28（10）：4-6．
[7]解世俊，红透山铜矿深部矿体开采技术研究报告[R]．沈阳：东北大学，1996．
[8]石长岩，红透山铜矿深部地压及岩爆问题探讨[J]．有色矿冶，2000,16（1）：4-8．
[9] Ch.Comninellis. Electrocatalysis in the Electrochemical Conversion/ Combussion ofOrganic Pollutants for Waste Water Treatment[J]. Electrochemica Acta. 1994,39(11-12):1857-1862．
[10] Lewis，E．，Walker．Testing and Functional Design of Mine Hoists[J]．CertificatedEngineer，V52，n9，Sep，1979，p470-486．
[11] Derosa M I．Analysis of mine fires for all U.S. underground and surface coal miningcategories：1990–1999[M]．Pittsburgh，PA：DHHS (NIOSH)，2004，36．
[12] Chien-Hsin Yang. Hypochlonte production on Ru-Sn binary oxide electrode and itsapplication in treatment of dye wastewater[J]. THE Canadian Journal of ChemicalEngineering, 1999,77:1161-1168．
[13]汪敏生．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[14]杨乐平，李海涛．LabVIEW高级程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[15] J．E．Floyd，K．B．McGrattan，S．Hostikka，et a1．CFD Fire Simulation Using Mixture Fraction Combustion and Finite Volume Radiative Heat Transfer[J]．Journal of FireProtection Engineering，2003 (13):ll–36．
[16] Engineering Guide-Human Behavior in Fire. June, 2003. Society of Fire ProtectionEngineers[J]. 7315 Wisconsin Avenue, Suite 620E Bethesda Maryland USA1-301-718-2910．
[17]马军．微震监测的可靠性对开采安全运行的影响[J]．煤矿机械，2001，22（9）：36～38．
[18]封士彩，朱松青．矿井微震监测失效分析[J]．煤矿机电，2002，23（2）：28～29．
[19]王焕义．岩体微震事件的精确定位研究[J．工程爆破,2001,7(3)：5-8．
[20]马莉莉．开采过程中人员安全疏散问题的计算机模拟研究[D]．武汉：武汉大学硕士学位论文，2004．
[21]陈智明．某矿山岩蹦时人员安全疏散时间的预测[J]．火灾科学，2003，12（1）：40-43
[22] Zhu H C.Wu H B. Interpretation of the monitored rock bolt stress and rock massdisplacement at the Three Gorges Project in China[J].Int.J. Rock Mech. and Min. Sci.,2004,41(3)：521．
[23] Anon，Remote elevator monitoring[J]．Elevator World Inc．2003(8)：104-113．
[24] Beus．M．J．，Ruff T．M．Lverson，S．Mccoy，W．G．Mine-shaft conveyance monitoring[J]．Mining Engineering(Littleton，Colorado)，V52，n10，Oct，2000，p301-303．
[25]刘军，刘敏．微震震源模拟基本理论探析与应用技巧[J]．安全科学，2006(1) :6-13．
[26]姜福兴，杨淑华．采场覆岩空间破裂与采动应力场的微震探测研究[J]．岩土工程学报，2003，25（1）：23-25．
[27] Barton N，Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice [J]. RockMechanics,1977,12(1):54．
[28]张新民，张有智，段雄．KJ型矿井采动地质安全防治方法探讨[J]．煤矿安全，2001，32（11）：37～39．
[29]朱杰，王珍．某矿山发生地压爆裂风险评估及人员疏散研究[J ]．消防科学与技术,2008，27（8）：570-573．
[30]李朝青．PC机及单片机数据通信技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社.2000．
[31]封士彩，朱松青．矿井微震监测失效分析[J]．煤矿机电，2002，23（2）：28～29．
[32]王致杰，王崇林．闸瓦温升与摩擦因数对才动地质安全制动的影响机理研究[J]．煤炭学报，2005，30增刊：149～152．
[33]郝用兴．矿井微震监测系统工作状态监控与安全[J]．中国安全科学学报，2006，16（5）：126～129．
[34]刘立群．矿井微震监测系统工作可靠性分析[J]．煤炭技术，2004，23（1）：10～11．
[35]金凤格．深度开采安全隐患及对策[J]．淮南职业技术学院学报，2003，39：70～71．
[36]马军．微震监测的可靠性对开采安全运行的影响[J]．煤矿机械，2001，22（9）：36～38．
[37] Vitturi S．DP-Ethemet The Prefabs DP Protocol Inplemented on Ethernet[J]. CompuLerCommunications．2003(10)，p76-81．
[38] Philipps，L.W.，and Unger．P.S.：Mathematical programming solution of a Hoist SchedulingProgram[J]．AIIE transactions，28(2)：219-225．
[39]万志军、周楚良．岩石声发射源机理的激振模型研究[J]．矿山压力与顶板管理，1998,No.4:67-69．
[40]陶纪南、张克利、郑久峰．岩石破坏过程声发射特征参数研究[J]．岩石力学与工程学报，vol.15.Supp.1996:452-455．
[41]余克圣、唐绍辉、吴迪文．岩体工程灾害微震监测系统的新进展[J]．矿业研究与开发，vol.19No.2.Apr.1999,40-50．
[42]李长洪、蔡美峰、乔兰．岩石全应力应变曲线及其与岩爆的关系[J]．北京科技大学学报，vo1.21No.6.1999,513一515．
[43]潘愚，李铁峰．灾害地质学[M]．北京：北京大学出版社，2002．
[44]李庶林．论开展金属矿山地质灾害研究的必要性[J]．采矿技术，2002(6),5—8．
[45]李如满，汪树栋．锡铁山铅锌矿地质特征—矿床成因及找矿标志[J]．矿产与地质，2003，17（3）：218～221．
[46]李晓峰,韩亚卿．锡铁山铅锌矿采空区处理探讨[J]．西部探矿工程,2002,(6):53—54．
[47]李峰,邓吉牛,坚润堂,等．青海锡铁山铅锌矿床地质找矿新进展[J]．矿物学报，2007，(4),436-438．
[48]王聚永．锡铁山铅锌矿424及430采场间柱回采方案研究[J]．矿冶,2007,(2),24-28．
[49]陆嘉，张新．监控系统中的数据存储与查询模块设计[J]．工矿自动化,2006,6：42-44．
[50]裴九芳，张新．基于LabVIEW的威震监测监控系统[J]．安徽理工大学学报(自然科学版)，2004，24：64～67．
[51]汪敏生．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[52]杨乐平，李海涛．LabVIEW高级程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2003．
[53]周治鹏．电气设备安装、使用与维修问答[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[54]杨乐平，李海涛，杨磊．LabVIEW程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2005．
[55]孙守信．矿山自动控制系统[M]．北京：煤炭工业出版社，1996．
[56] Manier，M.A.，Varnier，C.，and Baptiste，P．A Multi-Hoists Scheduling Problem Approach[J]．Proceedings of the Fourth International Conference on Project Management andScheduling，1994，p110-115．
[57] Hanen，C. and Munier，A．Periodic Scheduling of Several Hoists[J]．Proceedings of theFourth International Conference on Project Mangement and Scheduling，1994，p108- 110．
[58] BaptisteP.，LegeardB.，ManierM.A.，and VarnierC. Optimization with Constraint LogicProgramming：The Hoist Scheduling Problem Solved with Various Solvers[J].Applications of Artificial Intelligence in Engineering，1993 Vol. 2，p599-614．
[59]谢锡纯，李晓豁．矿山机械与设计[M]．徐州中国矿业人学出版社，2000．
[60]汪敏生．LabVIEW基础教程[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[61]戴敬，王世立．LabVIEW基础教程[M]．北京：国防工业出版社，2002．