哈圖金礦千米井礦區地壓監測方案設計及優化

蔡永順 王海文 王平 韓愛軍 袁本勝 張樹鵬

（①北京礦冶科技集團有限公司 北京 102628 ②金屬礦山智能開采技術北京市重點實驗室 北京102628③西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責任公司 克拉瑪依 834000）

1 引言

哈圖金礦千米井礦區現主要采用水平分層上向全尾砂膠結充填采礦法，設計生產能力為1200t/d，主要開采礦體為27-8、27-14、27-17礦脈。開采區域有8個中段，但主要的開采中段是725m、675m、625 m、575m四個中段，階段高度50m，分層高度2.5～3 m。礦體厚0.8～8m，傾角55°～58°，兩端設6.2m的房間柱，底柱5m，頂柱3～5m不等。哈圖金礦千米井礦區由于開采深度較深，采礦深度達到600m，開拓深度達1000m，地應力較大。礦體上下盤圍巖主要由蝕變凝灰巖、蝕變玄武巖及少量石英脈組成，礦體處于擠壓破碎帶中。深部采動誘發應力集中導致的片幫、冒頂等地壓問題顯現突出。同時局部礦體存在著大量的節理、裂隙，采場發生大面積坍塌可能性增加，嚴重威脅著井下采礦作業人員安全與設備的安全。

因此，為了及時掌握采場頂板的冒落規律，監測和預警井下生產作業區域地壓活動，以便及時采取有效的預防措施，確保礦山安全高效生產，需要在千米井深部主礦體周邊建立一套實時在線、動態監測與預警的多通道地壓監測系統。

2 地壓監測方案選擇

由于哈圖金礦千米井礦區現主要采用水平分層上向全尾砂膠結充填采礦法，采場規模較小，且同時開采的采場多達40余個，因此常規的點監測的技術手段無法滿足監測需求。通過對地壓監測技術手段的對比分析，并充分結合采礦工藝及現場條件，最終選擇采用世界先進的IMS微震監測系統進行地壓監測。微震監測系統可實現非接觸、大尺度、實時在線監測，實時反映巖體動態破裂、擴展機理，通過計算微震事件發生時間、空間位置、震源強度等參數，并采用定量地震學和統計地震學的研究方法對微震事件的力學信息進行分析，從而反映監測區域內巖體應力分布及變形狀況，進而達到實時監測及預警的效果[1-7]。

3 方案設計及優化

微震監測方案設計的基本原則為：對重點監測區域的定位誤差較小和對較小震級事件具有較高的靈敏度[8-10]。同時還需要考慮現場實際條件，對微震監測臺網進行優化，得到最優方案，具體原則如下：

⑴對重點監測區域的定位誤差較小；

⑵對較小震級事件具有較高的靈敏度；

⑶傳感器接收到微震信號的傳播路徑為直線，避免傳播路徑上存在較大空區；

⑷合理選擇、布置單軸、三軸傳感器及傳感器陣列，形成空間立體監測臺網；

⑸充分考慮礦山地質、巖性特征、通訊網絡等實際條件；

⑹利用臺網分析軟件優化監測點布置，得出最優監測方案。

哈圖金礦千米井礦區目前主要開采的是725m、675m、625m、575m四個中段，根據上述四個中段的工程現狀，設計了2種監測方案。方案一：在四個中段分別布置4個微震傳感器；方案二：在725m、575m兩個中段分別布置4個微震傳感器，在675m、625m兩個中段分別布置8個微震傳感器進行重點監測，微震傳感器空間布置見圖1所示。

圖1 兩種監測方案微震傳感器空間布置圖

針對上述兩種監測方案，采用IMS-Jdi可視化分析軟件建立臺網分析模型，并進行臺網分析，計算微震監測系統的定位誤差及靈敏度。兩種監測方案在各中段的平面定位誤差及靈敏度云圖見圖2、圖3所示，兩種監測方案的三維定位精度及靈敏度云圖見圖4、圖5所示。

通過平面定位誤差及靈敏度云圖可以看出，方案二中每個中段的定位誤差較小，靈敏度較高，重點監測區域定位誤差在10m左右，靈敏度可以達到-2.6矩震級，且重點監測的區域范圍要比方案一大很多，滿足礦山地壓安全監測的需求。另外，通過三維定位誤差及靈敏度云圖也可以看出，方案二的定位誤差、靈敏度及重點監測范圍均優于方案一。因此，推薦采用方案二建立地壓監測系統。

圖2 兩種監測方案在各中段的平面定位誤差云圖

圖3 兩種監測方案在各中段的平面靈敏度云圖

圖4 兩種監測方案的三維定位誤差云圖

圖5 兩種監測方案的三維靈敏度云圖

4 監測方案可靠性驗證

按照監測方案二在哈圖金礦千米井礦區的725m、675m、625m、575m四個中段建立了微震監測系統。為了驗證監測方案設計及優化的可靠性，統計了1周內微震事件的矩震級為-3.0～-0.5。另外，采用驗證爆破進行了驗證，系統定位誤差為10.34m，見表1所示。現場實際驗證結果與臺網優化分析結果非常一致，微震監測系統的定位誤差及靈敏度均滿足礦山安全監測的需求。

表1 驗證爆破定位誤差

5 結論

通過監測方案可靠性驗證可知，現場實際驗證結果與臺網優化分析結果非常一致，系統定位誤差及靈敏度均滿足礦山安全監測的需求。同時表明采用IMS-Jdi可視化分析軟件進行臺網分析，可以很好地預測礦山微震監測系統的定位誤差及靈敏度，為微震監測方案的優化完善提供了可靠的技術支撐。