一种基于微震监测的地应力测试方法

本发明涉及地应力测试，尤其涉及一种基于微震监测的地应力测试方法。

背景技术：

1、地应力是存在于地层中的天然应力，随着当前人类向地球深部资源开采规模的扩大，由高地应力引发的岩体灾害日益增多，作为诱发地下工程变形和破坏的根本驱动力，地应力对地下工程的安全稳定起着决定性作用。在岩土工程领域中，地应力状态是工程设计的基本参数，直接影响工程岩体的力学行为。例如在采矿工程中，巷道、开采方法的设计都需了解所在矿区的地应力状态，这对采矿方法的优化以及灾害的防治都具有重要意义。

2、当前获取不同深度岩体周围地应力参数的主要方式为地应力测试。文献表明，最早的地应力测试出现于20世纪初，国外工程师利用应力解除法对胡佛坝下方的隧道进行应力测试。随着科学技术的不断发展以及工程中生产建设的需要，到目前为止，人们已经提出数十种应力测试方法。根据测试所获得的数据特点，地应力参数的获取方法可以分为绝对应力测试方法和相对应力测试方法。其中绝对应力测试方法中又可细分为直接应力测试法和间接应力测试法，直接测试法包括水力压裂法、声发射法、地质测绘法等，间接测试法包括套芯应力解除法、应力恢复法、x射线法、地质构造信息法、滞弹性应变恢复法。而相对应力测试方法包括钻孔应变测量、差应变曲线分析法、差波速分析法等。

3、直接应力测试是指在测试点周围钻孔并直接测量该点处的应力值，间接应力测量则是通过研究地表形变或地震活动等因素来推断地层的应力情况。相比于现有的间接应力测试方法，直接测量法的结果更为准确，但设备昂贵，作业麻烦，且钻孔对地质环境的影响较大。现有的间接应力测试技术虽然方便，但结果往往不够准确，缺乏现场数据的支持。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于微震监测的地应力测试方法，采用此种方法对区域岩体的周围应力进行测量，可以更方便、有效、经济的获取地应力参数，达到为地下工程的施工建设提供可靠数据支撑的目的。

2、一种基于微震监测的地应力测试方法，包括以下步骤：

3、步骤1：建立微震监测系统，在应力待测区域的周围布置微震传感器，微震传感器通过线缆连接至数据采集仪，数据采集仪的信号通过无线或有线的方式接入服务器；

4、步骤2：微震监测系统建立后进行试运行，对参数进行调整直至微震监测系统在数据采集时达到稳定状态；其中参数包括底噪、区域波速、门槛值、数据采样频率；

5、步骤3：对测试区域开展爆破试验；将爆孔设置在测试区域的中心，爆破参数的确定需根据现场条件设计，采集微震信号，并记录爆破参数以及微震信号；

6、步骤4：对接收到的微震信号进行处理分析，计算地应力参数，估算出待测区域中所测岩体应力大小；

7、步骤4.1：依靠信号的波形特征对信号进行分类，标定出岩石破裂信号；

8、步骤4.2：拾取岩石破裂信号的p波到时，根据到时对岩石破裂源进行定位，统计定位结果，分析与爆心由近到远的范围内微震事件密度的变化趋势，试验中得出微震事件密度与爆心之间的距离呈现指数衰减的规律；

9、步骤4.3：统计爆破发生后所设置时间段内的微震事件数，利用相关指数函数对各时刻发生的微震事件数量进行拟合，求解得出该指数函数中的特征参数相关的p值，其中p值是对k值以及n值影响的综合考虑，p＝lg(k*n)。根据微震事件在空间上是否符合指数衰减规律并结合所求p值估算出待测区域中所测岩体应力状态，即当前岩体所受应力与其遭受破坏时峰值应力的比值。结合所测区域岩石的力学性质，得出该区域应力大小。

10、其中该指数函数具体为：

11、n(t)＝a*e-t/k+n

12、式中，n(t)表示t时刻的微震事件发生率，参数a取决于爆破扰动后余震总数，t是爆破扰动后经历的时间，n是爆破扰动较长时间后微震活动恢复至稳定水平时微震事件数，参数k表征爆破扰动后微震事件率衰减速度的快慢。

13、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

14、本发明提供一种基于微震监测的地应力测试方法，与现有应力测试方法相比，具有以下优点：

15、1、利用微震实时监测的应力动态分析手段，能够获取深部采场开采过程中不断变化的应力，实现对高应力区域的精准圈定。

16、2、在系统建立完成后，所有的数据分析均可以通过编程实现自动化，直接获取应力数据，能够有效的节省人力以及分析时间，所以该应力测试方法能够在保证所需精度的条件下，更方便、快捷。

17、3、本方法具备更加坚实的理论基础，其原理在实验室试验以及理论推导过程中均得到了验证。

18、4、本方法中使用的传感器为可回收式，在测定完一个区域后能够回收继续测试另一个待测区域，相较于传统的应力测试法，该方法更为经济实用。

技术特征：

1.一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，步骤1中微震监测系统为，在应力待测区域的周围布置微震传感器，微震传感器通过线缆连接至数据采集仪，数据采集仪的信号通过无线或有线的方式接入服务器。

3.根据权利要求1所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，步骤2中所述参数包括底噪、区域波速、门槛值、数据采样频率。

4.根据权利要求1所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，步骤3中所述爆破试验为，将爆孔设置在测试区域的中心，爆破参数的设计需根据现场条件设置，采集微震信号，并记录爆破参数以及微震信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

6.根据权利要求6所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，步骤4.3中，根据微震事件在空间上是否符合指数衰减规律并结合所求p值估算出待测区域中所测岩体应力大小。

7.根据权利要求6所述的一种基于微震监测的地应力测试方法，其特征在于，步骤4.3中所述指数函数具体为：

技术总结
本发明提供一种基于微震监测的地应力测试方法，涉及地应力测试技术领域，本发明首先建立微震监测系统，对参数进行调整直至微震监测系统在数据采集时达到稳定状态；对测试区域开展爆破试验；将爆孔设置在测试区域的中心，爆破参数的设计需根据现场条件设置，采集微震信号，并记录爆破参数以及微震信号；对接收到的微震信号进行处理分析，计算地应力参数，估算出待测区域中所测岩体应力大小，实现基于微震监测的地应力测试。

技术研发人员：徐世达,雷瀚,陈天晓,李元辉,何本国,赵兴东,刘建坡,安龙,杨新路
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15