一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及竖井工程领域，具体涉及一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法。
【背景技术】
[0002]随着深部地下工程技术的发展，竖井开挖深度不断加深，开挖导致的地压灾害问题日益突出，微震监测技术逐步成为地下工程深部竖井开挖过程中地压灾害监测和安全生产管理的重要手段。在竖井开挖过程中，利用微震监测技术，在发生微震活动的区域内布设传感器，探测岩体微破裂所释放出的地震波，加以分析、处理后确定微震事件发生的时间、空间位置和强弱信息，从而判断潜在的岩爆活动规律并对岩体稳定性进行评估预警，指导竖井的开挖及安全生产管理。
[0003]虽然微震监测技术在巷道、硐室、水利、边坡等岩体工程的安全风险管理及灾害预警方面取得了很多突破性的进展，但至今还未见其在超深竖井施工过程中成功应用的报道。微震监测技术在超深竖井中的应用存在诸多困难，主要包括:1)竖井作为竖向线性工程，施工过程中监测点的布置难度较大，传感器布置是否合理将会严重影响微震震源的定位精度;2)作为矿山基建期的初期工程，竖井出口唯一，钻孔、爆破、通风、提升和支护等作业都在狭小的空间中进行，监测工作需要与施工工序协调进行，否则会影响施工进度;3)由于微震传感器在岩体中监测范围有限，随着竖井掘进面的不断下移，需要不断地重新布置传感器，以保证微震的定位精度。因此，针对微震监测技术在超深竖井施工过程的应用中，监测点合理布置和工序协调复杂等问题，有必要研究合理的传感器布置方式，建立与开挖工序和掘进速度相适应的微震监测方案，实现微震事件的连续监测，从而对开挖过程中岩体稳定性进行评估预警，为微震监测技术在大断面超深竖井开挖过程中的应用奠定基础。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对微震监测技术在超深竖井的应用过程中，监测点合理布置和工序协调复杂等问题，提供一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，建立与开挖工序和掘进速度相适应的微震监测方案，实现竖井开挖工程中微破裂信号源的有效捕捉，提高微震震源的定位精度，为微震监测技术在大断面超深竖井开挖过程中的应用奠定基础。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]—种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，包括如下步骤:
[0007]1)第一组传感器的布置
[0008]在离开挖掌子面最近的已衬砌马头门岩壁和与其对应的竖井井壁内布置第一组传感器，在已衬砌马头门一侧的岩壁内设置传感器I;在已衬砌马头门另一侧靠近竖井的井壁处设置传感器π ;传感器m设置在竖井的井壁内，传感器m与传感器π以竖井中心线为对称中心对称布置;在传感器I上方的岩壁内设置传感器IV，所述传感器IV和传感器I在已衬砌马头门中心线所在平面上的投影以已衬砌马头门中心线为对称中心呈对称布置;在传感器Π上方的井壁内设置传感器V，所述传感器V和传感器Π在已衬砌马头门中心线所在平面上的投影以已衬砌马头门中心线为对称中心呈对称布置;在传感器m上方的井壁内设置传感器VI，所述传感器VI和传感器m在已衬砌马头门中心线所在平面上的投影以已衬砌马头门中心线为对称中心呈对称布置；
[0009]2)第二组和第三组传感器随掌子面的下移交替布置
[0010]2.1)在已衬砌马头门下方的竖井井壁内布置第二组传感器，所述第二组传感器中各传感器位于同一平面a内；
[0011]2.2)在平面a下方的竖井井壁内布置第三组传感器，所述第三组传感器中各传感器位于同一平面b内，平面b与平面a平行，且平面b内第三组传感器中的各传感器与平面a内第二组传感器中的各传感器在水平投影上呈交错排布；
[0012]2.3)在平面b的下方重复步骤2.1)和2.2)，直至距离下一马头门底板高度不足30m时停止第二组和第三组传感器的交替下移布置。
[0013]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，还包括步骤3)，当开挖到下一个马头门时，重复步骤1)和步骤2)重新布置第一、二和三组传感器，直到竖井开挖完毕;竖井的深度大于等于500m，所述竖井为大断面竖井。
[0014]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，步骤1)中传感器I，距离已衬砌马头门硐室中心线垂直距离3m左右，布置高度相对于已衬砌马头门底部1.5m,传感器Π和传感器ΙΠ的布置高度均为相对于已衬砌马头门底部1.5m。
[0015]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，步骤2.1)平面a中各传感器布置在离掘进掌子面最近的已衬砌马头门下方20-25m处已衬砌的井壁内；
[0016]步骤2.2)当掘进掌子面离平面a距离为25-30m时，开始进行平面b内第三组传感器的布置，平面b中第三组传感器布置在平面a下方已衬砌的井壁内。
[0017]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，步骤2.3)在平面b的下方重复步骤2.1)和2.2)，采用回收式安装方式进行传感器的布置，步骤2.3)在平面b的下方重复步骤2.1)并安装步骤2.1)中平面a内的传感器，重复步骤2.2.)并安装步骤2.2)中平面b内的传感器。
[0018]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，各组中传感器的数据线布设在竖井内壁人工打的线槽里面，并用速凝水泥封住线槽。
[0019]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，还具有数据采集服务器，所述数据采集服务器布置在离掘进掌子面最近的已衬砌马头门一侧的硐室中。
[0020]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，所述第一组、第二组和第三组传感器的安装均在井筒爆破、通风、出渣工序完毕后，到下一次爆破装药开始时的这一段时间之内工人依托吊盘进行安装。
[0021]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，所述第一组、第二组和/或第三组传感器中的各传感器均为单向速度传感器，可测范围为10—2000Hz。
[0022]所述的一种适用于超深竖井施工过程中微震传感器的布置方法，所述第一组、第二组和第三组传感器中各传感器均采用打孔安装的方式进行安装布置，且布置深度均超过围岩松弛深度，所述第一组传感器采用注浆的方式固定在孔底，使传感器与岩体固定耦合；所述第二组传感器和第三组传感器采用可回收式安装方式进行安装。
[0023]本发明具有以下有益效果:
[0024]1)考虑到竖井开挖过程中各工序的特点，安装传感器的时机选择在竖井开挖过程中的爆破、通风、出渣工序完毕后，直到下一次爆破装药开始时，这一段时间之内进行安装。合理利用传感器安装的最佳时机，减少了对竖井施工进度的影响。
[0025]2)第一组传感器采用永久安装的方式安装在马头门区域附近，不仅可以对竖井开挖过程中稳定性进行监测，同时也可以对竖井开挖后采场的稳定性进行监测。第二组传感器和第三组传感器采用可回收式的安装方式进行安装，并随掘进面的下移而移动，这样可实现对微震活动频繁的开挖面附近岩体稳定性进行局部重点监测。各组传感器相互协调，有利于对竖井整个开挖过程中的监测评估和预警。
[0026]3)充分利用竖井开挖提供的空间，三组传感器分别布置在离开挖掘进面最近的马头门及其以下区域，第一组中的各传感器在水平投影上呈交错方式布置，第二组和第三组中的传感器随着开挖面的下移