第九章-岩体工程监测技术

第九章岩体工程监测技术中南大学岩石力学与工程研究所唐礼忠9.1监测目的与监测内容9.2边坡岩体监测技术9.3坑洞围岩监测技术9.4地震监测一、监测目的9.1监测目的与监测内容（1）岩体活动规律，为采取岩层控制措施提供依据（2）岩体稳定性评价与安全预报；（3）评价已采用的地压控制措施的合理性；（4）岩体破坏事例的反分析，开展理论研究。二、监测内容依据监测目的和监测对象而定。基本监测参数：力学参数：应力（压力）变形（位移）地球物理参数：地震波电阻率电磁波地质物理环境参数：岩体结构地下水9.2边坡岩体监测技术目的：边坡稳定性评价与破坏预报，以及反分析。内容：地面和岩体内部位移监测；边坡岩体内水压监测。一、表面位移监测1）地面位移观测采用工程测量的方法观测边坡面上测点的位移及其随时间的变化。经纬仪、水准仪或全站仪、激光测距仪布置测网或针对某些特定位置9.2边坡岩体监测技术地面监测示例9.2边坡岩体监测技术地面监测示例相对水平位移和垂直位移测量：2）裂缝监测简易量具或专门仪器二、岩体内部位移监测破坏范围滑动面安全预测变形分布1、监测目的2、监测仪器测点（1）布置1）多点位移计水平位移测量边坡体水平位移测定滑移体/滑移面位置可重复使用多点位移计测量：水平位移（2）仪器示例1）多点位移计a.固定式倾斜计2）倾斜仪侧斜仪结构图安装支座外壳电缆振弦线圈弹性铰摆块安装（1）仪器示例b.移动式倾斜计垂直位移和水平位移测量：2）倾斜仪（2）布置0u0vzz三、水压监测使用最广的边坡水压监测技术是立管式水压计。当不能使用立管式小压计时，可用气动式水压计作为替代仪器。2）气动式水压计：1）立管式水压计：9.3坑洞围岩监测技术一、围岩压力量测量测内容：量测围岩对支护结构、人工矿柱以及充填体的压力及其空间分布及随时间的变化规律，从而分析判断控制地压的工程设施的工作状态及稳定性。目的：1、弦测法：钢弦压力盒配频率仪。仪器：压力盒工作原理pkff202支护结构压力盒2、扁千斤顶法：直接读取压力值仪器布置：位于支护结构与围岩相互作用界面上，或矿柱内部二、围岩应力量测了解围岩应力分布状态，围岩应力变化规律，作为评价和分析坑道围岩稳定性的依据。目的：钻孔振弦应力计原理:二、围岩应力量测了解围岩应力分布状态，围岩应力变化规律，作为评价和分析坑道围岩稳定性的依据。目的：振弦式应力计安装工具组装三、围岩变形和位移量测1、围岩表面相对位移量测量测巷道围岩表面位移，分析一些重要巷道的稳定性，检验巷道支护设计的可靠性及支护效果。目的：2、围岩内部位移量测大多采用钻孔多点位移计可与收敛计结合使用巷道钻孔位移计采场巷道多点位移计收敛计测点2、围岩内部位移量测大多采用钻孔多点位移计可与收敛计结合使用0100200300400500600700800900100005-12-1406-3-2406-7-206-10-1007-1-1807-4-2807-8-607-11-14时间(年/月/日)频率(Hz)频率-红频率-黄频率-黑频率-蓝-670m水平53线多点位计各测点位移-时间曲线9.4地震监测一、监测目的（1）通过实时掌握岩体活动状态和岩体稳定性、圈定潜在危险性区域，为实施地压破坏与岩爆控制措施提供依据，即指出实施局部解危措施的必要性、位置和时机，增强控制的针对性和控制效果。（2）通过连续监测和实时分析，实现大规模地压破坏与岩爆预报，为井下采矿人员与设备的撤离危险区提供安全预警。（3）通过岩层活动规律与地压破坏及岩爆特征的分析，评价已采用的岩爆控制措施的有效性，这不仅包括局部或简单的某项支护措施的有效性，甚至包括采矿工程布置、开采顺序和采矿方法及结构参数的合理性。（4）通过对监测数据和岩爆事例的反分析，研究岩爆机理和成因、改进或提出岩爆控制措施、建立岩爆预测模式、方法与判据，发展岩爆控制和预测的理论与实用技术。检测岩体破坏产生的弹性波/地震波定量地震学计算数据可视化地震活动/地压活动区分布分析安全预测预报二、岩体工程地震检测与分析三、示例冬瓜山铜矿微震监测系统三、示例冬瓜山铜矿微震监测系统冬瓜山铜矿岩爆与地压监测系统器网络QS1-670mQS2-730mQS3QS4井下通信控制中心-875m4芯单模式光纤(3000m)铜双绞线(850m)铜双绞线(950m)铜双绞线(850m)铜双绞线(950m)图例蓝线为三对铜双绞线黄绿线为单对铜双绞线三维传感器一维传感器接线盒红线为单对铜双绞线监测控制中心（局域网计算机）QS_Rep铜双绞线(1000m)地表冬瓜山铜矿微震监测系统三、示例冬瓜山铜矿微震监测系统三、示例冬瓜山铜矿微震监测系统传感器网络中南大学-资源与安全工程学院A.1运用定量地震学理论计算地震参数1、地震事件震源定位中南大学-资源与安全工程学院A.1运用定量地震学理论计算地震参数2、震源机理及震源参数确定地震矩M频域中的反演：角频率；地震势；事件大小；释放的能量；采场回采活动会诱发较大范围的地震活动。中南大学-资源与安全工程学院A.2开采诱导地震时空聚集特征不同时段不同空间地震事件震源空间分布溜井掘进和采场顶底板的采准活动只在其近邻围岩内产生地震活动，与采掘活动相当敏感；A.3开采诱导地震视应力和位移特征中南大学-资源与安全工程学院A0EM020πMur0M式中：-标量地震矩；-剪切模量；E-地震能量。地震事件的地震视应力和位移概念及其计算公式震源处应力释放水平表示的应力称为视应力Au。u。0r-震源半径，002πkVrf0f-Brune模型角频率；V-震源体积。式中：；根据双力偶剪切位错震源模型，可得沿剪切面的平均滑移位移uA.3开采诱导地震视应力和位移特征中南大学-资源与安全工程学院-730m水平面上应力与位移分布不同时间段不同平面上视应力等值线图和位移云图变形局部化应力集中A.3开采诱导地震视应力和位移特征中南大学-资源与安全工程学院变形局部化-760m水平面上应力与位移分布应力集中不同时间段不同平面上视应力等值线图和位移云图A.3开采诱导地震视应力和位移特征中南大学-资源与安全工程学院垂直盘区矿柱、沿52-6#采场剖面2006年8月1日~9月30日剖面上视应力与位移分布破坏区地震位移地震视应力破坏区利用时间序列预测岩体破坏岩爆机理研究/预测00.10.20.30.40.50.60.70.868101224d/bd/b2006年2007年时间/月00.511.522.5368101224时间/月b,dbd2006年2007年成核区与围岩区刚度比（时间步距：2个月）成核区刚度与围岩区刚度指标（时间步距：2个月）岩爆预测的矿山地震刚度理论与方法岩爆利用时间序列预测岩体破坏岩爆机理研究/预测基于岩石非稳定的地震能量指数与视体积关系预测岩石破坏性态/岩爆非稳定破坏/岩爆谢谢!