微震监测
地下工程、石油工程领域的技术
微震监测技术是一种通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动,对监测对象的破坏状况、安全状况等作出评价,从而为预报和控制灾害提供依据的成套设备和技术。
技术简介
微地震监测技术(Microseismic Monitoring Technique,简称MS)基于声发射学和地震学,现已发展成为一种新型的高科技监控技术。它是通过观测、分析生产活动中产生的微小地震事件,来监测其对生产活动的影响、效果及地下状态的地球物理学技术。当地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂、移动时,产生一种微弱的地震波向周围传播,通过在破裂区周围的空间内布置多组检波器并实时采集微震数据,经过数据处理后,采用震动定位原理,可确定破裂发生的位置,并在三维空间上显示出来。
发展历史
微地震监测技术在地下工程中的应用最早始于20世纪初的南非约翰内斯堡地区的金矿开采诱发的地震监测。南非对微地震的早期监测是采用常用的地震监测仪器,20多年后,60年代大规模的矿山微震研究在南非各主要金矿山展开,并随之在1970-1980年代以来各采金矿山先后建立了矿山微震监测台站。到上世纪中叶,在波兰美国苏联加拿大等采矿大国都先后开展了矿山地震研究,且随着电子技术和信号处理技术的发展,多通道的微地震监测技术也开始得到应用,最突出的有以美国斯波坎的Electrolab公司为代表研制和生产多通道微震监测技术和设备,并在美国的金属矿山得到应用,微震监测技术在非矿山行业之外的核能、地下油气存储库、地下隧道工程等领域也得到应用,如加拿大原子能有限公司地下实验室就采用了微震监测系统。近年来,利用微震监测技术进行地下灾害救助等方面,也得到应用。在上个世纪90年代以前,微震监测设备大都是模拟信号型的;90年代开始,全数字型微震监测技术和设备开始得到广泛的应用。由于全数字型微震监测技术的出现,使得在大规模的信号存储、计算机自动监测、数据的远传输送、监测定位的实时分析和信号分析处理的可视化成为可能。全数字技术的出现和发展,大大促进了微震监测技术理论和应用的发展,开创了微震监测技术理论和应用研究的新局面。我国在上世纪的80年代中期开始微地震方面的研究工作。1986年,由煤炭部和国家地震局等相关单位牵头在北京的门头沟区煤矿开始了微震监测方面的研究,利用由波兰引进的一套模拟信号8通道微震监测系统(SYLOK),对采煤区的微地震进行监测研究,这也是我国首次开展矿山(地下)多通道微震监测技术研究。2000年前后,澳大利亚科学院探采所与山东煤田地调局等单位合作在兴隆庄煤矿开展了为期2年的矿震监测研究工作。2000年汕头市液化气库建立了我国第一套24通道全数字型多通道微震监测系统,这也是我国在矿山行业之外的地下工程领域的第一套多通道微震监测系统。
原理
微震是指在受外力作用以及温度等的影响下,岩体等材料中的一个或多个局域源以顺态弹性波的形式迅速释放其能量的过程,微震起源于材料中的裂纹(断层)、岩层中界面的破坏、基体或夹杂物的断裂。采用微震监测仪器来采集、记录和分析微震信号,并据此来推断和分析震源特征的技术称为微震监测技术。微震监测技术是在地震监测技术的基础上发展起来的,它在原理上与地震监测、声发射监测技术相同,是基于岩体受力破坏过程中破裂的声、能原理。从频率范围可以看出地震、微震与声发射之间的关系。
微震监测系统
硬件
微震监测系统的硬件主要包括传感器、数据采集器、时间同步、数据通信、服务器等部分。传感器能够将地层运动转化为电信号,非地震传感器也可用于微地震网络。数据采集器负责将传感器的模拟电信号转换为数字信号,并可通过触发算法决定是否记录传输微震事件数据。微震数据被传输至中央计算机或本地磁盘进行储存或处理。微震系统支持多种数据通讯手段,以适应不同系统环境的需求。
软件
微震监测系统的软件组件包括系统配置管理软件、微震波形数据处理软件、微震事件的可视化及解释软件、微震事件实时显示软件等。这些软件共同构成了微震监测系统的数据分析和展示平台。
特点
1. 实时监测:多通道微震监测系统能够实现对微震事件的全天候实时监测,这得益于全数字型微震监测仪器的数据实时传输能力。
2. 全范围立体监测:采用多通道微震监测系统,能够突破传统的“点”或“线”式的监测模式,实现对岩体破坏过程的时间过程的监测。
3. 空间定位:多通道微震监测技术能够实现对微震事件的高精度定位,这对于微震监测技术的应用价值提升至关重要。
4. 全数字化数据采集、存储和处理:全数字化技术使得计算机监控成为可能,数据采集、处理和存储更为便捷。
5. 远程监测和信息的远传输送:数字技术和光纤通讯技术的发展,使得数据的快速远传输送成为可能,保障了在复杂环境下的高质量信号传输。
6. 多用户计算机可视化监控与分析:微震监测系统支持多用户的可视化监测,通过网络技术实现数据的远程共享和多专家实时分析与评价。
应用情况
微震监测技术在地下工程灾害和安全监测方面的应用涉及公路铁路交通、水电工程、能源储备、矿山资源开发、核设施安全监测等多个领域。具体应用包括:
隧道围岩稳定性监测
施工安全监测
微震监测技术可用于监测岩爆、大冒落等地压灾害,确保施工过程的安全生产。隧道工程安全监测可以采用便携式微震监测设备进行流动监测,或者对长大隧道进行固定式多通道微震监测,监测系统可以沿用到隧道使用阶段的安全监测。
使用安全监测
对于公路和铁路隧道,微震监测技术可用于监测围岩体和支护结构的稳定性,掌握结构内的微破裂前兆、损伤程度等,及时采取措施,防范灾害的发生,确保使用期间隧道的营运安全。
地下注浆工程监测
微震监测技术可用于确定浆体注入的范围,确保注浆效果,防止跑浆,降低成本。对于大型的注浆工程,采用微震监测技术来监测注浆效果具有技术和经济价值。
大型地下油气库的安全监测
微震监测技术可用于监测围岩体及其支护结构的稳定性,防止泄漏。目前,我国已建成并投入使用的汕头液化气库成功建立了一套24通道的全数字型微震监测系统,对两个10万立方米的地下气库进行全天候实时监测。
石油工程中的监测应用
微震监测技术在石油工程领域的应用,有助于确定岩体破裂和裂纹扩展方向、长度和宽度等,优化注水设计,提高石油采出率。
参考资料
微震监测原理.优学网.2024-10-30
目录
概述
技术简介
发展历史
原理
微震监测系统
硬件
软件
特点
应用情况
隧道围岩稳定性监测
施工安全监测
使用安全监测
地下注浆工程监测
大型地下油气库的安全监测
石油工程中的监测应用
参考资料