内蒙古包头鑫达黄金矿IMS微震监测项目建议书

内蒙古包头鑫达黄金矿IMS微震监测项目方案建议项目单位: 内蒙古包头鑫达矿业澳大利亚矿震研究院中国数据中心北京优赛科技有限公司.联系人: 盛虞(email: yusheng@)Tel: +10 6848 7691Fax:+10 6870 06262011年10月目录1摘要 (3)2IMS微震监测技术 (4)3内蒙古包头鑫达黄金矿微震监测系统方案及实施 (8)4项目组成员 (16)5费用估计 (17)6结语 (18)附录：国内某铜矿地压微震监测的简要成果 (18)1 摘要1.1 微震监测目标●在内蒙古鑫达黄金矿建立一套28通道实时微震监测系统；●对开采过程中产生的不良地压状态的空间和时间分布规律进行监测；●对由此而引发岩土灾害的可能性和安全生产风险做出快速评估；●为矿山建立更为高效的地压管理体系提供技术支持。

1.2 技术方案内蒙古鑫达黄金矿目前开采集中在13号矿脉的16个中段，由于矿脉非常薄，每个中段仅有一条纵向巷道，矿体呈面型分布，据此矿体形态，可考虑建立一套包括28个通道的微震监测系统对其中的四个中段进行实时微震监测，分别为1018中段，868中段，698中段和538中段。

根据矿山生产和微震监测技术的特点，28个通道可以分7个子系统（以微震处理器数量而定名），其中三个子系统各含8个微震传感器通道，另一个子系统含含4个传感器通道，针对地压活动的分区特点进行布置。

子系统可在井下靠近竖井的位置进行集中，通过矿山已有的光纤通讯网络将数据传送到矿山的控制中心对数据进行处理和分析，实时了解矿区的地压变化状况，以便在生产管理中采取适当及时的措施。

1.3 实施策略传感器布置：建立一套包括28个通道的微震监测系统对其中的四个中段进行实时微震监测，分别为1018中段，868中段，698中段和538中段。

在1018中段，868中段，698中段各安装一个8通道的子系统，每个子系统包括1只三分量和5只单分量地音传感器（Geophone）。

538中段安装一个4通道的子系统，包括4只单分量传感器。

按此系统布置，在传感器安装区域所涵盖的目前观察的的主要地压活动范围内，震源定位精度将可达到5-6m以内，非重要区域的定位精度将在12-15米以内。

通讯系统：每个子系统通过时间同步技术与地面主控机建立数据和时间通讯联系，主控机与井下各中段数采单元系统通过光纤通讯设备相接，由此将监测的微震数据传输到位于地面的控制中心。

监测分析系统：位于地面的控制中心具备实时监控井下微震事件的功能，微震显示软件可实时显示井下微震事件发生的时间及其空间位置。

信号处理软件和分析软件可依据监测到的微震事件的发生和发展由专业岩土工程师对当前岩体的稳定性和潜在的风险作出评估。

数据质量控制及岩土分析：基于微震技术的岩体稳定分析和风险评估结果的准确性很大程度上依赖于对原始微震数据的识别和处理，矿山监测到的微震数据将由位于北京的澳大利亚矿震研究院中国数据中心的专业数据处理人员进行质量控制和人工校核，经核对过的微震数据将有IMS的专业矿山岩土工程师进行分析，评估及报告。

1.4 预计成果●建立一套能进行实时监测的微震监测系统；●微震参数和岩体力学之间的相关关系识别；●岩体地压的动态变化及特征规律；●基于微震监测技术的岩体稳定性评价方法；●岩土安全预警模型和风险评估方法；●将实时微震监测成果用于地压管理的建议。

2 IMS微震监测技术2.1 IMS简介矿震研究院（Institute of Mine Seismology，简称IMS，原名ISS International公司）是本领域规模最大的独立科研组织，始创于1985年，于1990年在国际上首先推出数字化实时微震监测系统，在国际上最早致力于微震监测的理论研究，技术开发和为全球矿山提供微震监测服务，监测和管理由于矿山开采而引发的岩石破裂微地震反应。

至2010年，IMS已为世界三十个多个国家超过两百多个客户提供微震监测系统、技术支持和服务，目前在澳大利亚和南非各有五十多个运行良好的实时微震监测系统，世界其余各地有一百多个监测系统在运行。

2010年底，南非ISS公司更名为 IMS（矿震研究院），分别在澳大利亚和南非设立机构，总部迁至澳大利亚塔斯马尼亚州的首府霍巴特（Hobart）。

2.2 IMS微震监测系统技术特性IMS微震监测技术是一种基于多种通讯技术的智能化网页管理系统，具备下列技术特征：●快速、自动和手动、3D射线追踪定位；●基于统计地震学的震害分区分级管理；2.3 IMS中国业务和中国数据中心及服务自安徽冬瓜山铜矿于2005年首先安装使用ISS微震监测系统以来，经过IMS的中国代理--北京优赛科技有限公司的努力市场推广和服务，已向中国市场用户供应了15套系统，用于生产、教学，科研和国际合作开发，应用领域涵盖矿山，水电工程，地震，油气开采等。

表2 为到2011年9月，IMS 系统设备在中国的应用情况。

表2 IMS 微震监测技术在中国的使用情况北京优赛科技有限公司与IMS合作，于2011年5月在北京成立IMS中国数据处理中心，开始为用户提供实时微震信号处理，目前有五位经过IMS 公司培训并获得上岗许可的信号处理员为国际上约60个矿山提供实时微震信号数据的处理，为高质量的数据分析提供了必要的技术支持。

3 内蒙古包头鑫达黄金矿微震监测系统方案及实施3.1 微震系统的构成和总体布置考虑本方案建议的28通道微震监测系统由四个子系统组成,分别安装在1018中段、868中段、698中段和538中段。

上三层中段每个子系统包含两个模数转换器（netADC4）和一个微震处理器 (netSP)。

每个模数转换器（netADC4）含四通道，其中一个连接三分量传感器和单分量传感器各一个；另一个netADC4连接四支单分量传感器。

538中段数采单元包含一个四通道模数转换器（netADC4）和一个微震处理器(netSP)，netADC4连接四个单分量传感器。

综上所述，建议的微震监测系统共包含三个单分量传感器（9个通道），十九个单分量传感器（19个通道），一共28个通道。

监测系统示意图如图1(a) 和1（b）所示：图 1（a） IMS微震监测系统安装示意图图 2（b）井下系统配置示意图模数转换器（NetADC4）与微震数据处理器（NetSP）以及NetSP与地面控制中心服务器通过通过时间同步通讯光纤连接，实现数据的实时传输、数据显示和重大微震事件的报警，通过对监测数据的分析评估，建立矿山地压与岩爆风险的评估模型，为重大地压事件和岩爆事件的预警提供依据。

3.2 地音传感器布位选择图2所示为IMS地音传感器照片。

图2. IMS地音计方案所采用的传感器为地音传感器，其布置需考虑以下几个因素：（1）目前开采巷道的的布置形式；（2）区域内的主要地质构造的空间状态；（3）地压活动的主要区域；（4）岩体特性的分布及安全要求；（5）地下基础设施的布置形式及与已有矿山通讯网络的衔接；（6）通讯系统的布置等。

根据这些影响因素，选择在1018，868，698和538四个中段各布置一个微震数据采集单元，其空间位置暂时定在图中所示的位置（暂定坐标位置列于表中），最终安装位置可在经过精度分析和根据现场实施时矿山生产的具体情况在与矿山人员共同协商后确定。

各中段的子系统传感器位置示意图和三维总体位置示意图见下图。

图3 1018中段系统布置示意图（分别显示的是中段巷道左部分和右部分）图 4 868中段系统布置示意图（分别显示的是中段巷道左部分和右部分）图5 667中段系统布置示意图3.3 数据采集器NetADC4及处理器NetSP数据采集单元NetADC4负责将来自传感器的模拟信号转换成数字格式；数据处理单元NetSP对数字信号进行处理，可选用连续记录或触发模式记录微震数据。

其技术指标列于表2中，其形式如图7所示，图中另显示一智能不间断电源供电iUPS。

NetSP通过特殊算法来确定是否记录微震事件发生的数据。

地震数据通过通讯系统传输到一个中央计算机，同时还可以在NetSP+上连接一本地磁盘备份数据。

系统可以采用多种数据通讯手段，以适应不同的系统环境需要。

图 7 数据采集单元（包括：netADC、netSP、iUPS）3.4 IMS处理软件：Synapse、Trace、Insight4D，Ticker3DIMS微震监测系统上运行一系列软件，旨在处理、可视化、分析IMS地震台站记录的矿山微震数据，及实现实时微震事件显示等功能。

Synapse软件：协调地震台站网的所有设备，包括所有IMS的硬件（如netADC，地震处理器，智能iUPS等）。

设置地震数据传输优先级。

设置对微震事件触发记录。

配置相关设备和地震台网。

地震台网中的设备的监测与控制。

Trace软件：能够从IMS地震系统记录的地震数据中提取出震源参数。

这些参数包括地震能量辐射，非弹性变形和幅度，以及震源机制（时域和频域）。

震源定位实例如图8所示：图 8 震源定位Insight4D软件：可以在时间和空间上使微震事件可视化，与应力模型形成对比，及对岩体稳定风险进行评估，如图9示意。

图 9 微震分析可视化软件示意Ticker3D软件：使用户能够快速获得有关事件的参数和它们的位置的信息。

与IMS的Insight4D 包整合提供方便的缩放，平移和旋转的功能，可以用来找到更逼真的地震事件的地点在三维矿体或表格采矿发掘。

应力位移分析实例如下图10：图10. 异常微震事件实时预警软件Ticker3D3.5 微震活动与岩体稳定性之间的联系图11给出一个典型的岩石压缩试验过程示意，在t1之前试样处于应变硬化阶段，状态稳定；当经过t1后应变增加而应力不再增大，试样开始进入软化阶段，当通过t2后，开始进入不稳定状态，应力降∆σ加速而应变∆ε发展加快，能量∆U加速释放，试样发生破坏。

图11 岩石应力应变破坏过程IMS微震监测技术利用上述原理，由监测到的微震事件计算出伴随能量的释放而产生的应力降（用能量指数表示）和同震非线性体应变。

根据一定范围岩体内的能量指数和体应变随时间的变化，即可用于判断岩体所处的工作状态，如图12所示，红色线条表示能量指数随时间的变化，蓝色线条表示同震体应变随时间的发展，当应变急剧增加，能量指数下降时，即预示着岩体进入失稳状态，由于能量指数下降和应变发展之间存在一定的时间差，由此时间差即可对岩体失稳进行预警预报。

图12 微震能量指数（应力）和微震体应变（应变）随时间变化过程及预报原理4 项目组成员项目由盛虞博士领导的北京优赛科技有限公司技术小组承担，并由澳大利亚矿震研究院总经理Richard Lynch博士担任技术顾问。

盛虞博士，拥有土木工程学士，岩土工程硕士（河海大学）和博士（西澳大利亚大学）学位，澳大利亚采矿与冶金学会注册工程师。