黃山銅鎳礦地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析技術研究

汪彥青

摘 要：針對黃山銅鎳礦底部結構圍巖破碎明顯，部分區(qū)域出現(xiàn)片幫及冒頂?shù)葎恿暮Α；谖⒄鸨O(jiān)測技術，建立了一套實時、在線地壓監(jiān)測系統(tǒng)，可對圍巖應力狀態(tài)進行評估。對所監(jiān)測到的干擾信號進行剔除，分析開采區(qū)域微震事件時空分布特征，得出與開采爆破區(qū)域相一致，且與現(xiàn)場巖體較破碎相一致。基于微震事件，分析圍巖應力變形特征，得出風險較大區(qū)域。保障了礦山生產(chǎn)安全，為礦山支護提高技術支撐。

關鍵詞：微震技術;地壓監(jiān)測;時空分布;應力變形

1 引言

黃山銅鎳礦初步設計推薦無底柱分段崩落采礦法作為主要采礦方法，礦體邊角部位的薄礦體采用淺孔留礦采礦法。設計生產(chǎn)能力為4000t/d，主要開采30#礦體。隨著礦山開采的推進，在30#礦體回采過程中易造成上部采空區(qū)空頂距過大，與32#礦體采區(qū)的空區(qū)間柱薄，可能貫通。同時，底部結構圍巖破碎明顯，圍巖泥化嚴重，節(jié)理面發(fā)育，局部區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了片幫及冒頂現(xiàn)象。

為了掌握采空區(qū)頂板的冒落規(guī)律和冒落范圍，監(jiān)測和預警采空區(qū)大面積冒落和井下生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域地壓活動，在空區(qū)頂板冒落至地表之前必須采用有效的監(jiān)測手段對采空區(qū)進行監(jiān)測，形成一套適用于黃山銅鎳礦的先進、可靠、高效、成熟、穩(wěn)定的實時在線監(jiān)測與預警系統(tǒng)。

微震監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時、在線監(jiān)測，對圍巖整體區(qū)域進行監(jiān)測。通過接收巖石破壞釋放的彈性波，反演出巖體破裂過程。基于監(jiān)測到的微震數(shù)據(jù)，從而反映監(jiān)測區(qū)域內(nèi)巖體應力分布及變形狀況，進而達到實時監(jiān)測及預警的效果[1-4]。

因此，建立了微震在線監(jiān)測系統(tǒng)，對530m、450m、350m中段巖體穩(wěn)定性、頂板崩落、地表沉降等情況進行重點監(jiān)測，具體微震監(jiān)測點布置如圖1所示。在地表布設8個單分量微震傳感器，在530m中段布設5個單分量微震傳感器、1個三分量傳感器，在450m中段布設8個單分量微震傳感器，共計24通道。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1干擾信號的篩選與剔除

微震監(jiān)測系統(tǒng)可以采集到頻率為幾赫茲到幾千赫茲的震動信號。因此，它可能檢測到井下多種來源的信號。而從中提取真正巖體破壞的地震波的微震信息，剔除偽信號干擾至關重要。波形信號主要有微震、爆破、電流及機械震動等信號波形，在數(shù)據(jù)處理過程中要剔除電流及機械震動等干擾信號。

2.2 開采區(qū)域微震事件時空演化特征

黃山銅鎳礦主要開采470m水平，因此建立490m-450m模塊，對該區(qū)域模塊微震事件進行空間特征分析。如圖2所示，統(tǒng)計2019年5月～2020年4月微震事件，主要分布在采場南部，與開采爆破區(qū)域一致。微震事件誘發(fā)原因主要是受470m分層采礦及采準作業(yè)、斷層及破碎帶等構造影響。經(jīng)過現(xiàn)場巡查，觀測到470m分層巷道出現(xiàn)較大破壞變形（見圖3），與目前礦山正在開采區(qū)域且現(xiàn)場巖體較破碎相一致。

2020年4月15日，微震監(jiān)測系統(tǒng)在470m采場7號進路中部附近監(jiān)測到1個震級為0的大震級事件，與該位置附近正在進行中深孔爆破相一致，如圖4所示。

3 基于微震事件圍巖應力及變形特征分析

微震事件的能量指數(shù)可表征應力水平。一個微震事件的能量指數(shù)是該事件所產(chǎn)生的實測輻射微震能量與區(qū)域內(nèi)所有事件的平均微震能量之比，能量指數(shù)越大表示事件發(fā)生時震源的驅動應力越大，能量指數(shù)相對較高的區(qū)域代表巖石的應力比較集中，即能量指數(shù)越大意味著巖石發(fā)生大范圍破壞的可能性越大。

圖5為微震能量指數(shù)（圍巖應力）分布情況，從圖中可以看出，采場東部、西北部應力較大，表明該區(qū)域巖體應力集中。經(jīng)過現(xiàn)場巡查，礦山技術人員加強對上述應力集中區(qū)域的現(xiàn)場巡查，發(fā)現(xiàn)巖體大范圍破裂等情況及時采取支護等保護措施。

圖6為基于微震事件的圍巖變形云圖分布情況，從圖中可以看出，采場5～8號進路中部巖體變形較大。

4 結論

微震監(jiān)測系統(tǒng)能較好的反映開采區(qū)域存在一些地壓風險較大的區(qū)域，采場5～8號進路中部巖體出現(xiàn)變形較大區(qū)域，采場東部、西北部應力集中區(qū)域。滿足了礦山安全監(jiān)測需要，對風險較大區(qū)域支護方案提供了一定技術支撐。

參考文獻：

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