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随着我国社会经济的快速发展,对矿藏资源的需求与日俱增,露天矿开采深度不断增大,使得露天矿边坡稳定性问题有着日趋严重的趋势。露天矿边坡的稳定性问题给矿山的安全生产造成了极大的威胁,不仅制约着矿山企业健康向上的发展,也极大地阻碍了国民经济的可持续发展和社会的安定团结。因此,迫切需要采取措施预防并减少露天矿边坡岩体失稳灾害的发生。 相关研究表明,岩质边坡宏观大变形或失稳是其内部岩体微破裂的产生、演化和聚集的综合结果。因此,针对岩石微破裂进行监测研究对于边坡失稳的预测预报更加有意义。相对于传统边坡监测方法只能给出边坡宏观大变形的监测结果,微震监测技术由于具有大范围立体空间、全天候实时监测和高精度定位等功能,对边坡岩体内部微破裂的监测具有明显的优势。因此,采用微震监测技术对露天矿边坡稳定性进行监测相对于传统监测方法越来越具有优越性。本文以云南大红山铁矿露天高陡岩质边坡为监测对象,通过边坡现场节理裂隙调查、岩石室内声发射特性试验、微震监测系统的建立等研究途径和方法,研究了节理裂隙对边坡稳定性的影响、岩石破裂声发射前兆特性、微震信号辨别和去噪以及边坡稳定性评价等内容。主要研究内容和结果如下: (1)对露天矿边坡岩体进行现场节理裂隙调查,研究节理裂隙对边坡稳定性的影响。研究表明,露天边坡整体上是稳定的,但存在局部失稳可能性较大的区域,并对其进行了圈定,为后续传感器空间阵列、微震监测系统的建立以及边坡稳定性评价与失稳预测预报提供了参考。 (2)对露天矿边坡主要岩性岩石进行室内声发射前兆特性试验研究,研究撞击数与能量等声发射参数的时间演化特性。研究表明,在实际工程岩体稳定性微震监测预警中,可将撞击事件和能量结合起来,当两者都达到较高水平时,能更好的说明岩石内部破坏的数量和破坏损伤的程度已经较为严重,能够提高预判的准确性,为现场岩体稳定性微震监测预警提供了参考与依据。 (3)对矿山复杂环境下的微震信号进行识别和去噪研究。对露天边坡上微震监测信号进行波形经验辨识和频谱分析辨识,同时进行傅里叶逆变换去噪和小波去噪分析。研究表明,波形经验辨识方法和频谱分析辨识方法对于每日大量的微震事件的辨识非常有效,可以快速锁定并辨识出所需要的微震信号波形,对于后续微震数据的分析以及边坡工程稳定性的评价非常有用;傅里叶变换和小波变换是信号处理的有效手段,可以在微震信号分析和噪声处理中很好的发挥作用,而且小波变换对于低信噪比的微震信号的去噪和P波到时的拾取相对于傅里叶变换都具有明显的优势。 (4)基于微震监测对露天矿边坡稳定性进行分析研究。讨论了强降雨与地下生产大爆破对露天矿边坡稳定性的影响,采用单通道微震事件数和能量作为指标对边坡局部失稳进行预测预报。研究表明,地下生产爆破的震动对露天边坡局部的稳定性影响程度较大;强降雨条件下边坡岩体整体稳定性问题趋于严重,尤其是边坡局部岩体微破裂更为严重,边坡局部失稳的可能性大大增加;依据表征边坡岩体微破裂活跃程度的微震事件率与能率等参数,对边坡局部失稳成功进行了监测预警,表明微震监测技术是非常适用于岩质边坡稳定性监测预警的技术手段;最后提出了以微震监测为主,现场勘查为辅的边坡局部失稳预测预报方法。