基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深部采場(chǎng)采動(dòng)規(guī)律研究

第19卷第2期2010年2月基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深部采場(chǎng)采動(dòng)規(guī)律研究楊志國(guó)1,趙少儒2,汪令輝3(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038;2.西北有色地質(zhì)勘查局，陜西西安710054;3.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦，安徽銅陵244031)摘要：冬瓜山銅礦是目前國(guó)內(nèi)開采最深的金屬礦山之一，巖石具有典型的巖爆傾向性。為了掌握系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采礦引起的巖體應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文簡(jiǎn)單介紹了冬瓜山銅礦首采區(qū)的地質(zhì)條件、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)及微震傳感器的空間布置。在前期處理波形和事件聚類分析研究對(duì)應(yīng)，采用地震參數(shù)對(duì)采場(chǎng)開采過程中不同階段的應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析研究的破壞事件，進(jìn)行了針對(duì)性分析研究。研究成果為StudyonruleofminingbasedonYANGZhi-guo1,ZHAOShao-ru2,WANGLing(1.ChinaEnfiEngineeringCorporation,BeijingGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetal,Xi'anCopperMine,TonglingNonferrousMetalsGroupCo.,Ltd.,Tongling244031,ChiAbstract:DongguashanCopperMineisoneofthedeepestmetalmineswithrockburstpresentinChina.Inordertoholdregularitiesofrockburstocontime,DongguashanCoreal-timemonitoringofrockmassrespondtomining.Inthispaperfirstlygeologicalmethodsandsensorslayoutofinitialpanelaredescribed.Oclusteranalysisprimarily,byusesofseismicparaferentminingstages.Combinedwiththeactualdestructionofmineincidents,itispertinenceKeywords:rockburst;microseismicmonito隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦山資源的需求，國(guó)內(nèi)外礦山開采的深度日益加劇。-6]國(guó)外深井礦山的數(shù)目比較多，如南非、加拿大、澳大利亞等國(guó)家，特別是南非，其開采最深，絕大多數(shù)礦山的開采深度在2000～3000m,一些金礦的深度超過了3000m,如Anglogold有限公司在威特沃特斯蘭德盆地(Witwatersrandbasin)最深的Savuka礦深度達(dá)3800m。加拿大的CVRDInco的Creighto礦，AgnicoEagle的Laronde礦采深均超過了2000m。澳大利亞目前采礦深度超千米的礦山有7priseMine,深度為1650m。印度卡納塔克邦的科拉爾金礦區(qū)，已有Nundydroog、ChampionReef和Mysore這3座金礦，采深超過2400m。國(guó)內(nèi)礦山如遼寧省撫順的紅透山銅礦，開采深度1197m;云南省會(huì)澤鉛鋅礦開采深度為1009m;廣未來幾年內(nèi)我國(guó)將有一大部分有色金屬礦山開采深度將達(dá)到或超過1000m,這些礦山的進(jìn)一步開采，將面臨深埋高應(yīng)力的問題。冬瓜山銅礦是目前國(guó)內(nèi)開采最深的金屬礦山之一，主礦體賦存于 -690～-1007m,-910m原巖應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)最大主應(yīng)力值達(dá)38.1MPa,巖石具有典型的巖爆傾向性，為了掌握深部開采中巖體的應(yīng)力變化規(guī)律及控制破壞性巖爆的發(fā)生，該礦于2005年8月安裝了南非ISS國(guó)際公司的微震監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)分析及事件的可視化。系統(tǒng)自安裝運(yùn)行以來，每天記錄的事件大約有300個(gè)，其中巖體活動(dòng)事件有幾十個(gè)。前期對(duì)事件波形的分析方法和分類進(jìn)行了研究，將各類事件按著爆破、主要地震事件、機(jī)械震動(dòng)與噪聲進(jìn)行了分類保存?；谇捌诘幕A(chǔ)工作，本文利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)7-13],進(jìn)一步對(duì)采場(chǎng)不同開采條件下巖體的應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律進(jìn)行了分析研究，為保證鄰近采場(chǎng)開采及礦柱穩(wěn)定性控制提供了依據(jù)。1采場(chǎng)概況及微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器布置(1)采場(chǎng)地質(zhì)條件及開采概況冬瓜山銅礦首采區(qū)為52～58線，共劃分為3個(gè)盤區(qū)，52～54線、54～56線、56～58線，52~58線依次為I、Ⅱ、Ⅲ盤區(qū)，首采區(qū)52線10#采場(chǎng)礦體標(biāo)高從一790～-730m,走向長(zhǎng)100m,寬巖。14]根據(jù)采場(chǎng)開采及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，將開采過程分為四個(gè)階段，①采場(chǎng)拉底；②采場(chǎng)拉槽與擴(kuò)槽；③采場(chǎng)側(cè)崩開采(大規(guī)模爆破生產(chǎn));④采場(chǎng)側(cè)崩開采(僅2次爆破),具體見圖1所示，圖中箭頭表示開采方向。(2)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器的布置er)、1個(gè)井下控制室(SeismicController)、1個(gè)地面主控制室及光纜等，共設(shè)有16個(gè)傳感器，24通道。2采場(chǎng)采動(dòng)規(guī)律分析研究2.1確定分析范圍及階段劃分為了分析采場(chǎng)開采對(duì)附近采場(chǎng)及隔離礦柱的影響，研究生產(chǎn)過程與產(chǎn)生破壞性巖爆的關(guān)系，根據(jù)10*采場(chǎng)開采情況，并考慮系統(tǒng)定位誤差，確定的分析范圍為：中心點(diǎn)坐標(biāo)(Y=84301m、X=22525m、Z=-760m),走向長(zhǎng)度150m,傾向長(zhǎng)度100m,中心點(diǎn)以上頂板巖體的高度為150m,中心點(diǎn)以下底板巖體高度為100m,從采場(chǎng)開采至2007年1月末，52≠勘探線10#采場(chǎng)及附近采場(chǎng)地震事件的分布見圖2。根據(jù)采場(chǎng)不同時(shí)間段內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)情況，分析過程共劃分四個(gè)時(shí)間階段，分日、3月1日～9月30日、3月1日～2007年1月10日。2.2地震事件的發(fā)生頻率分析研究從地震事件數(shù)據(jù)庫(kù)可以計(jì)算得出，前兩個(gè)月地震事件的數(shù)目為181次，日平均數(shù)為2次/d,如圖3所示。而到了第二階段，地震事件數(shù)目小范圍增加，達(dá)到了313次，日平均數(shù)為3.3次/d。從生產(chǎn)活動(dòng)情況來看，第一階段主要為中深孔爆破拉底，對(duì)原巖中的應(yīng)力有釋放作用，產(chǎn)生的應(yīng)力值比較大，而第二階段主要為大孔切槽爆破，在采場(chǎng)中平面的影響范圍減少，而主要為豎直分階段礦體的擴(kuò)槽、破頂爆破，從事件的平面分布圖也可以看出，這一階段事件數(shù)目要明顯的比第一階段少，主要分布在采場(chǎng)的中部，主要由于擴(kuò)槽崩落過程中引起事件的發(fā)生。第三階段主要為-730m水平沿中心槽兩側(cè)采場(chǎng)側(cè)崩爆破出礦，地震事件數(shù)目急劇增加，為1075次，日平均數(shù)為9.5次/d,是上個(gè)階段的近3倍，表明這個(gè)階段地震活動(dòng)性最強(qiáng)烈，局部巷道易產(chǎn)生破壞。最后一個(gè)階段，采場(chǎng)爆破的次數(shù)較少，只進(jìn)行了兩次采場(chǎng)爆破，日平均數(shù)1.7次/d,達(dá)到階段最低值，對(duì)圍巖體的影響較少，最近發(fā)生的事件多數(shù)是由附近54*勘探線采場(chǎng)的作業(yè)活動(dòng)引起。由于盤區(qū)開采從52#勘探線靠近底部的2采場(chǎng)開始，從地震事件的分布來看，應(yīng)力逐漸向上部采場(chǎng)轉(zhuǎn)移，臨近的11*采場(chǎng)應(yīng)力較高，而12*采場(chǎng)應(yīng)力要小一些。2.3爆破次數(shù)、藥量及采出礦量的對(duì)比分析研究從爆破次數(shù)上來看，第一階段為13次，第二階段只有10次，而第三階段為7次，但是從爆破所使用的藥量上對(duì)比，7月份以后爆破所使用的藥量要明顯比第一階段和第二階段的多，從圖4采場(chǎng)各個(gè)月份的出礦量情況可以看出，7、8月份出礦量要明顯增加，并達(dá)到了最大值，集中爆破和礦石的大量采出，造成了巖體活動(dòng)的加速，對(duì)采場(chǎng)右側(cè)礦柱的影響達(dá)到了最大。最后階段爆破次數(shù)很少，主要為靠近采場(chǎng)兩側(cè)礦體的爆破，最大的地震活動(dòng)也在這個(gè)位置。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來看，并沒有破壞情況發(fā)生，所以在當(dāng)前的開采條件下，不會(huì)對(duì)52#勘探線礦柱造成破壞，而對(duì)右側(cè)54=勘探線穿脈隔離礦柱影響要更小。2.4位移等值線計(jì)算與分析研究巖體活動(dòng)的平均位移采用D=M/(GA)進(jìn)行計(jì)算，圖5～圖8為位移等值線及震級(jí)ML≥-0.5事件在采場(chǎng)中的平面分布情況?？梢钥闯?，各個(gè)階段開采過程中引起巖體運(yùn)動(dòng)位移的最大值依次近似為0.005m、0.010m、0.016m、0.020m。3月到5月位移值比較小，而且在采場(chǎng)中的分布差不分布在53*勘探線的左右兩側(cè)，這與沿中心切槽向下部的9#采場(chǎng)，上部的11=及12*采場(chǎng)，9#采場(chǎng)位移值較小，最大值約為0.003m,11#、12#采場(chǎng)位移值分別約為0.014m、0.011m;最后一個(gè)階段，爆破次數(shù)較少，位移變化不明顯。2.5與現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生破壞事件的對(duì)比分析研究道X上述分析可以得出，第三個(gè)時(shí)間階段反應(yīng)應(yīng)力水平值增大，位移擴(kuò)散速度增加，事件的活動(dòng)率達(dá)到最大值，表明這一階段危險(xiǎn)性最大，在地質(zhì)構(gòu)造及頂板巖性較差的地段，誘發(fā)工程發(fā)生破壞的可能性很大。而從井下生產(chǎn)情況來看，-670m水平中段53#勘探線穿脈巷道2006年5月至8月之間地壓活動(dòng)事件顯現(xiàn)頻繁，5月份部分巷發(fā)生了較大面積的塌落?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的調(diào)查來看，沿著53#勘探線巷道頂板為深灰黑色棲霞組大理巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，方解石裂隙充填，據(jù)估算整微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸銅絞線的幾處折斷與破損，造本文通過對(duì)冬瓜山銅礦52#勘探線10#采場(chǎng)不同開采條件下巖體的應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究，并與礦山實(shí)際發(fā)生的破壞事件相結(jié)合，進(jìn)行了對(duì)比分析，確定了對(duì)相鄰采場(chǎng)及礦柱的影響及次爆破炸藥量大、采出礦量的增加，會(huì)導(dǎo)致巖體地震活動(dòng)頻率增大和強(qiáng)度加大，位移擴(kuò)散速度加劇，應(yīng)力水平急劇增大，最終導(dǎo)致破壞事件的發(fā)[1]BRENCHLEYPR,SPIESJD.Thecombinationofout,design,supportandaassistinthelong-termstabilityofCenterforGeomechanics,2007:211-216.programmes-knowledgeandtechnologyfordeepgoldmintralianCenterforGeomechanics,2007:131-140.depthatXstrata(sH,DICKSedChallengesinng.[S.1.]:AustralianCenterforGeomechanics,金屬礦山，2007,(3):6-9.[5]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院.銅都銅業(yè)股份有限公司冬瓜山銅礦初步設(shè)計(jì).2001.應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2002,24(2):147-149.[7]郭然，潘長(zhǎng)良，于潤(rùn)滄。有巖爆傾向硬巖礦床采礦理論與技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003:122-133.[8]F.R.P.BassonandD.J.R.M.Ras.AMExaminetheTime-SpaceRevents[A].YvesPotvinandMartinHudymaeds.lingSeismicRisk-RCenterforGeomechanics,2005:347-351.[9]MENDECKIA.J.Principlesofmonitoringsemasstomining[A].GibowiburstsandSeismicityinMines[C].[10]Dunlop.RandBelmonte.A.TheApril22nd,2003RocburstintheSub6Sector,EITetory[A].YvesPotvinandburstsandSeismicityinMines-RaAustralianCenterforGeomechanics,2005:291-295.[11]MalovichkoD.A.Studyof"Low-Frequency"SeismicventsSourcesintheMinesoftheVerkburstsandSeismicityinMines-RAustralianCenterforGeomechanics,2005:373-377.StrainMonitoring