一种地下水封洞库运营期微震监测方法技术

本发明专利技术涉及一种地下水封洞库运营期微震监测方法，包括：确定监测区域；在水幕巷道内开设不同深度的微震监测孔；在微震监测孔内设置速度型传感器；基于随机模拟方法和最优化方法，计算出各种传感器布置方案的定位误差期望值，确定出最优布置方案；自地面合适位置设置仪表井，在井口附近设置仪表间，放置数据采集仪与数据采集计算机；设置中央控制室，放置数据分析计算机。本发明专利技术提供的一种地下水封洞库运营期微震监测方法，实现了覆盖整个洞库的运营期微震传感器监测网，可极大地提高监测结果的准确性与仪器设备的安全性、耐久性和可维护性。

An underground cavern operation microseismic monitoring method

The invention relates to a water sealed caverns during the operation of the microseismic monitoring method, comprising: determining the monitoring area; microseismic monitoring hole is arranged in the water curtain in different depth tunnel; set the speed sensor in the microseismic monitoring hole; stochastic simulation method and optimization method based on calculating the positioning error expected layout scheme of various sensors to determine value the optimal layout scheme; from the ground position setting instrument wells, set near the wellhead instrument, placing data acquisition instrument and data acquisition computer; setting up the central control room, computer analysis of data placement. A water sealed caverns during the operation of the microseismic monitoring method provided by the invention can cover the entire cavern operation microseismic monitoring sensor network, can greatly improve the accuracy of equipment and monitoring results of the safety, durability and maintainability.

【技术实现步骤摘要】
一种地下水封洞库运营期微震监测方法
本专利技术涉及岩石地下工程微震监测
，特别是一种地下水封洞库运营期微震监测方法。
技术介绍
岩石工程微震监测技术以岩石破裂过程中释放的微地震波信号为监测对象，通过对微震信息进行数学力学分析，可确定微震源位置及特征参数，并由此判定地下工程的稳定性及安全状况。微震监测技术在地下工程中的应用最早始于上世纪初的南非约翰内斯堡地区的金矿开采，到上世纪中叶，在波兰、美国、前苏联、加拿大等采矿大国都先后开展了矿山微震监测研究及应用，随着传感器技术和计算机技术的飞速发展，目前多通道、高精度的微震监测技术已广泛应用于采矿工程、水利水电工程和深埋隧道工程，但在地下水封洞库工程中的应用鲜见。地下水封洞库是一种利用地下水密封技术储存石油、液化石油气的地下工程类型。在洞库运营期，主洞室内储存了油品且设置了混凝土封塞与外界隔开，工作人员无法进出主洞室以观测其稳定性状况。另由于地下水封洞库都为大跨度、高边墙、无混凝土二衬的地下结构，长期受油气频繁进出的变内压影响，因此，利用微震监测技术研究运营期岩体内部的微破裂进而评价岩体的损伤程度和稳定性将成为建设大型地下水封洞库的必要环节。目前，关于地下水封洞库微震监测方面的专利比较少，且集中于微震监测系统及施工期微震监测方法的介绍，其主要
技术实现思路
基本上沿用了采矿、水利水电工程中的微震监测技术经验，结合地下水封洞库工程特性进行微震监测方案设计的几乎没有。并且，如何及时、高效、精确地利用微震监测技术对运营期地下水封洞库岩体可能出现的微破裂进行系统性监测，评价围岩损伤破坏程度，并提前判识岩体潜在的失稳区域，从而正确判断水封效果和围岩稳定性，目前国内外对这方面的技术研究尚缺乏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种地下水封洞库运营期微震监测方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种地下水封洞库运营期微震监测方法，按照如下步骤实现：步骤S1：根据待监测地下水封洞库工程地质条件及地下结构特征，对地下洞室群稳定性进行三维数值模拟分析，判断潜在失稳区域，结合施工期监测信息，确定监测区域；步骤S2：在该待监测地下水封洞库洞的水幕巷道中开设微震监测孔；步骤S3：在所述微震监测孔内设置速度型传感器；步骤S4：根据所述步骤S2以及所述步骤S3，基于恒定的通道数，获取X种微震传感器布置方案，作为初步比选方案；对所述初步比选方案进行评价，获取最优的传感器布置方案，并根据该最优的传感器布置方案在微震监测孔设置相应的传感器；步骤S5：从水幕巷道对应的地表预设位置钻孔至所述水幕巷道顶板，并与水幕巷道顶板内部相连，作为仪表井，传感器线缆均由此仪表井通向地表；步骤S6：在所述仪表井的井口周侧设置一用于放置数据采集仪与数据采集计算机的仪表间，所述数据采集仪通过光纤与所述采集计算机连接；步骤S7：将所述采集计算机经光纤连接至设置于在所述待监测地下水封洞库外侧地面的微震监测中央控制室内的数据分析计算机，用于对洞库安全进行监控。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S2中，所述微震监测孔包括交替设置的深孔与浅孔，且开设于水幕巷道的角点、拐点或潜在失稳区域周侧。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S3中，对于所述浅孔，在孔底部布置传速度型传感器；对于深孔，在对应主洞室顶部、底部两处均设置速度型传感器；所述微震监测孔中的相邻设置的速度型传感器之间留设有预设深度阈值的深度差；在巷道的角点、拐点或监测区域周侧的微震监测孔优先布置三向传感器；其余微震监测孔内采用单向传感器与三向传感器交替设置。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S4中，根据岩体纵波传播速度概率分布特征、到时误差概率分布特征，基于Monte-Carlo随机模拟方法，计算出各初步比选方案的定位误差期望值；根据定位误差期望值评价各初步比选方案的定位精度，确定最优的传感器布置方案。在本专利技术一实施例中，所述根据定位误差期望值评价各初步比选方案的定位精度通过如下步骤实现：步骤S41：在主洞室空间中布置N个微震源，且三维坐标和发震时间已知；记岩体P波传播速度V和到时误差ξ对传感器均服从相同的正态分布，即V～N(uv，σv)，ξ～N(0，σt)，传感器接收微震源信号的时间为：其中，t为传感器接收到微震源信号的时间，ti表示微震源发震时间，V表示弹性波在介质中的传播速度，ξ为到时误差，(x，y，z)为表示传感器的位置坐标，(x0，y0，z0)为微震源的位置坐标；基于岩体P波传播速度V和到时误差ξ的概率分布特征，利用Monte-Carlo方法随机产生M组样本(V，ξ)，通过上式获取微震源在岩体P波传播速度V条件下的传感器接收时间t；步骤S42：基于所有或部分的传感器接收时间t、传感器位置以及P波传播速度V，通过最优化方法，以累计到时残差最小为优化函数，反演出微震源位置(x＇，y＇，z＇)和发震时间t＇；步骤S43：通过下式获取微震源定位误差：以同一微震源在M组样本(V，ξ)下的定位误差期望值作为初步比选方案对该微震源的定位精度，以所有微震源定位精度的期望值作为初步比选方案优劣的评判指标，并由此确定最优传感器布置方案。在本专利技术一实施例中，在所述步骤S6中，所述数据采集仪通过光纤与所述采集计算机设置于一NEMA4封装箱内。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)提出了一种运营期地下水封洞库微震传感器监测方案优化方法及微震源定位方法，可及时、高效、精确地对岩体可能出现的微破裂进行系统性监测，为评价围岩损伤破坏程度并提前判识岩体潜在的失稳区域奠定基础。(2)通过注浆将微震传感器永久固定于钻孔内部，传输线缆经水泥浆包裹由仪表井通向地面，数据采集仪及数据采集计算机等放置于防雷保护装置内，确保了仪器设备的安全性、耐久性，可满足运营期长期监测的需要。(3)主要通过水幕巷道内的微震监测孔放置微震传感器，即使仪器损坏，也可通过可行的方法进行仪器更换，使得仪器设备具有可维护性。附图说明图1为本专利技术中一种地下水封洞库运营期微震监测方法的流程图。图2为本专利技术一实施例中深浅孔与主洞室的空间关系示意图。图3为本专利技术一实施例中微震传感器平面设置示意图。图4为本专利技术一实施例中仪表井结构示意图。图5为本专利技术一实施例中微震监测系统地面设施示意图。【标号说明】：1-水幕巷道；2-浅监测孔；3-主洞室；4-深监测孔；5-深孔单/三向传感器；6-浅孔单向传感器；7-浅孔三向传感器；8-深孔单/单向传感器；9-施工巷道；10-封塞；11-连接支洞；12-仪表井；13-水泥浆；14-PVC管；15-传输线缆；16-微震传感器；17-地面；18-仪表间；19-数据采集仪；20-数据采集计算机；21-传输光纤；22-数据分析计算机；23-中央控制室。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供一种地下水封洞库运营期微震监测方法，如图1所述，包括如下步骤：步骤S1：根据地下水封洞库工程地质条件及地下结构特征，建立含竖井、水幕巷道、封塞、主洞室等主要地下单元的洞室群稳定性三维数值模拟模型，结合施工期监测信息，判识长期运行条件下危险性较大的区域，并将其作为微震传感器监测的重点区域。步骤S2：优先在水幕巷道中施加微震监测孔，以将储存石油或石油气的主洞室都置于传感器阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下水封洞库运营期微震监测方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：根据待监测地下水封洞库工程地质条件及地下结构特征，对地下洞室群稳定性进行三维数值模拟分析，判断潜在失稳区域，结合施工期监测信息，确定监测区域；步骤S2：在该待监测地下水封洞库洞的水幕巷道中开设微震监测孔；步骤S3：在所述微震监测孔内设置速度型传感器；步骤S4：根据所述步骤S2以及所述步骤S3，基于恒定的通道数，获取X种微震传感器布置方案，作为初步比选方案；对所述初步比选方案进行评价，获取最优的传感器布置方案，并根据该最优的传感器布置方案在微震监测孔设置相应的传感器；步骤S5：从水幕巷道对应的地表预设位置钻孔至所述水幕巷道顶板，并与水幕巷道内部相连，作为仪表井，传感器线缆均由此仪表井通向地表；步骤S6：在所述仪表井的井口周侧设置一用于放置数据采集仪与数据采集计算机的仪表间，所述数据采集仪通过光纤与所述采集计算机连接；步骤S7：将所述采集计算机经光纤连接至设置于在所述待监测地下水封洞库外侧地面的微震监测中央控制室内的数据分析计算机，用于对洞库安全进行监控。

【技术特征摘要】
1.一种地下水封洞库运营期微震监测方法，其特征在于，按照如下步骤实现：步骤S1：根据待监测地下水封洞库工程地质条件及地下结构特征，对地下洞室群稳定性进行三维数值模拟分析，判断潜在失稳区域，结合施工期监测信息，确定监测区域；步骤S2：在该待监测地下水封洞库洞的水幕巷道中开设微震监测孔；步骤S3：在所述微震监测孔内设置速度型传感器；步骤S4：根据所述步骤S2以及所述步骤S3，基于恒定的通道数，获取X种微震传感器布置方案，作为初步比选方案；对所述初步比选方案进行评价，获取最优的传感器布置方案，并根据该最优的传感器布置方案在微震监测孔设置相应的传感器；步骤S5：从水幕巷道对应的地表预设位置钻孔至所述水幕巷道顶板，并与水幕巷道内部相连，作为仪表井，传感器线缆均由此仪表井通向地表；步骤S6：在所述仪表井的井口周侧设置一用于放置数据采集仪与数据采集计算机的仪表间，所述数据采集仪通过光纤与所述采集计算机连接；步骤S7：将所述采集计算机经光纤连接至设置于在所述待监测地下水封洞库外侧地面的微震监测中央控制室内的数据分析计算机，用于对洞库安全进行监控。2.根据权利要求1所述的一种地下水封洞库运营期微震监测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述微震监测孔包括交替设置的深孔与浅孔，且开设于水幕巷道的角点、拐点或潜在失稳区域周侧。3.根据权利要求2所述的一种地下水封洞库运营期微震监测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对于所述浅孔，在孔底部布置速度型传感器；对于深孔，在对应主洞室顶部、底部两处均设置速度型传感器；所述微震监测孔中的相邻设置的速度型传感器之间留设有预设深度阈值的深度差；在巷道的角点、拐点或监测区域周侧的微震监测孔优先布置三向传感器；其余微震监测孔内采用单向传感器与三向传感器交替设置。4.根据权利要求1所述的一种地下水封洞库运营期微震监测方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据岩体纵波传播速度概率分布特征、到时误差概率分布特征，基...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹洋兵，陈俊熙，黄真萍，陈玉华，邱冬冬，曾焕接，詹淦基，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35