[发明专利]岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法

摘要

本发明公开了一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统及方法，该系统包括设置在边坡内部的信号接收单元、信号采集单元、信号存储和处理单元、分析和预警单元；信号接收单元用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并发送给信号采集单元，信号采集单元用于对微震信号进行汇集，并发送给信号存储和处理单元，信号存储和处理单元用于对汇集后的信号进行存储和处理，并发送给分析和预警单元，分析和预警单元用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警。本发明能够对开挖扰动作用下高陡岩质边坡微震活动进行实时监测和分析，并对边坡失稳灾害进行预警，工作效率高，成本低，应用前景广阔。

主权项

一种岩质边坡开挖扰动作用下的微震监测预警分析系统，其特征在于，包括设置在边坡内部的信号接收单元、与所述信号接收单元相连的信号采集单元、与所述信号采集单元相连的信号存储和处理单元、以及与所述信号存储和处理单元远程连接的分析和预警单元；所述信号接收单元用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，并将所述微震信号发送给所述信号采集单元，所述信号采集单元用于对所述微震信号进行汇集，并将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元，所述信号存储和处理单元用于对汇集后的信号进行存储和处理，并将处理后的信号发送给所述分析和预警单元，所述分析和预警单元用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警；所述信号接收单元包括多个微震传感器组，在微震传感器的三维阵列布置时，首先以目标区域为原点，考虑边坡施工条件，空间等距布置若干传感器；其次，进行相邻区域的传感器拓展，保证传感器的空间分布特征；最后，进行整体阵列的空间特征估计，对潜在危险区域进行局部加密布置，对相对安全区域进行稀疏布置，提高传感器空间阵列的效率；在微震传感器三维阵列内、阵列边界和阵列外分别进行多次定点爆破试验，比较微震监测系统定位结果和爆破点的误差，确定系统实际误差空间分布，并通过不断调整传感器三维空间阵列，使系统定位精度满足边坡微震监测预警的要求；所述分析和预警单元根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并对岩质边坡的失稳灾害进行预警的步骤包括：通过跟踪开挖扰动作用下的岩质边坡的微震能量密度的区域演化来识别和圈定边坡开挖扰动区；通过开挖扰动作用下岩质边坡的震级‑频度关系的变化来判断边坡稳定性的演化特征；微震能量密度和震级‑频度二者共同构成岩质边坡开挖扰动作用下微震监测预警分析系统的分析预警指标，对岩质边坡的失稳灾害进行预警；其中微震能量密度如下表示：E_d＝E/V，其中E_d表示微震能量密度，E为微震能量；V为震源体体积；所述信号接收单元包括多个传感器组，每个所述传感器组包括多个排列为阵列的加速度传感器，所述加速度传感器用于接收开挖扰动作用下岩质边坡的微震信号，所述加速度传感器通过通信电缆与所述信号采集单元相连，所述加速度传感器为单分量加速度传感器或三分量加速度传感器；所述信号采集单元包括信号采集器和与所述信号采集器相连的光纤收发器，所述信号采集器用于对接收到的所述微震信号进行汇集，所述光纤收发器用于将汇集后的信号发送给所述信号存储和处理单元；所述信号存储和处理单元包括与所述信号采集单元相连的光纤收发终端、与所述光纤收发终端相连的数据存储器、以及与所述数据存储器相连的数据处理终端，所述光纤收发终端用于接收汇集后的信号，所述数据存储器用于对汇集后的信号进行存储，所述数据处理终端用于对汇集后的信号进行筛选，将符合预警分析条件的数据发送给所述分析和预警单元；所述分析和预警单元包括微震数据分析中心和边坡灾害预警中心，所述微震数据分析中心用于根据处理后的信号对岩质边坡的微破裂情况进行分析，并将分析结果发送给所述边坡灾害预警中心，所述边坡灾害预警中心用于根据所述分析结果对岩质边坡的失稳灾害进行预警，并将预警信息反馈给所述信号存储和处理单元；所述信号接收单元、信号采集单元、信号存储和处理单元设置有数据上载端，所述分析和预警单元设置有数据下载端，所述数据上载端和所述数据下载端通过传输媒介进行信息交互，所述传输媒介基于数据上载技术和网络通讯技术；所述数据上载技术主要包括时分双工长期演进技术TD‑LTE、频分双工长期演进技术FDD‑LTE和码分扩频技术CDMA等移动通信技术，所述网络通讯技术主要有TCP/IP协议。