某水电站右岸边坡微震监测初步设计

微震监测系统概述

用弹脆性材料在外界应力作用下，其内部将产生局部弹性能集中，当能量积聚到某一临界值之后，会引起微裂隙的产生与扩展，并伴随有弹性波或应力波在周围岩体快速释放和传播，即产生声发射。在地质上这种现象称为微地震。微震监测系统的原理与常规地震监测系统基本一样，只是它更具有更强的敏感性和更高的精确性，使得它所能监测的地下微震的震级更小、精度更高。

传感器接收原始的微震信号以后将其转变为电信号，将其发送到微震监测系统的信号采集单元，可以将此电信号采集并传给数据采集计算机，经过运行在数采计算机上的软件对原始的数据信号的加工处理后再传入分析计算机，分析计算机运行的软件可以对微震事件数据信号进行多方面处理和分析，实现对微震事件的定位、事件原始参数的获取、传感器位置的较正、破坏趋势的跟踪等处理，并可以对微震事件在绘图仪或三维空间和时间轴下进行实体演示，其原始数据和处理文件均可实时显示。从而达到对岩体内微震事件进行实时监测，也可作为评价岩体稳定性的依据。其信号采集和工作原理见图1 所示。

图1  微震监测原理图

微震监测系统的布置

（1）布置原则

某水电站右岸边坡地质条件复杂且边坡高陡，微震监测设备安装应遵循如下原则：

传感器须形成良好的三维空间阵列

为了达到较好的监测效果，实现精确的三维事件定位，传感器布置必须形成良好的三维空间阵列，同时要结合现场的实际洞室情况和地质条件，充分考虑断层对微震信号的影响合理布置传感器；

钻孔角度深度要合理

考虑到传感器自身的特点和避免较多的噪音干扰，安装传感器的钻孔应该选择合理的位置、角度和深度，同时要考虑拉线、连接的方便快捷；

布线要短、快、准

传感器与分站之间以及分站与主机之间的布线连接要短、快、清晰：短是指应该尽可能选择最短的连接路线，缩短布线的时间，减少电缆、光纤的使用长度；快是指安装过程要目标明确、动作迅速、人员安排合理，节约时间和人力；准是指安装过程对每根电缆对应的传感器、光纤对应的分站要准确，不能出现连接错误给系统调试增加不必要的麻烦；

分站布置合理

考虑与传感器、主机的连接方便，并考虑日常维护和日后的周期性安全检查或故障排查，将分站布置在施工主通道口；

主机存放要安全、宽敞

主机作为微震数据的采集分析系统，需要存放在安全的地方；为了显示、计算以及传输、分析的需要，需要在主机旁再放置一台性能较高的计算机；计划把以上设备放于一个封闭式集装箱内。

（2）覆盖区域及测点布设

覆盖区域：该套监测系统由主机控制中心、监测系统采集中心和接收传感器阵列  3  大部分组成，为全数字、宽频带、多通道自动化微地震监测系统。该系统拟开通 28 个通道，28 个传感器阵列监测的边坡覆盖范围达 600 m×400 m×600m(分别为沿河流方向以坝肩为中心上下游300m范围，高程800～1400 之间600m范围以及由边坡表面向深部岩体400m范围)，可进行全天候实时监测，对震源的定位误差不大于10m。建有三维旋转立体模型，软件分析系统后处理方便。

图2  微震监测区域范围

根据以上原则，并结合现场实际情况，拟定某右岸边坡微震监测系统分站、传感器网络连接及数据传输示意图如图3 所示。各高程布置图见图4~ 13，各点布置及钻孔技术要求见表1。

图3  传感器、分站网络连接及数据传输示意图

表1  传感器布置位置及钻孔技术要求

表1  传感器布置位置及钻孔技术要求

表1  传感器布置位置及钻孔技术要求

图4  传感器平面布置示意图

图5   传感器立面布置示意图

图6  传感器空间三维示意图

图7  1300m 高程传感器布设位置示意图

图8  1265m 高程传感器布设位置示意图

图9  1220m 高程传感器布设位置示意图

图10  1135m 高程传感器布设位置示意图

图11  1100m 高程传感器布设位置示意图

图12  1030m 高程传感器布设位置示意图

图13  970m 高程传感器布设位置示意图