哈圖金礦千米井礦區地壓監測方案設計及應用研究

王海文 李志軍 吳亞飛 王彬 石峰

（①西部黃金股份有限公司 烏魯木齊 830001②西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責任公司 克拉瑪依834000③礦冶科技集團有限公司 北京 100160）

1 引言

西部黃金克拉瑪依哈圖金礦有限責任公司是上市公司西部黃金股份有限公司的全資子公司，隸屬于新疆有色金屬工業（集團）有限責任公司，位于托里縣烏雪特鄉境內的哈圖山下，距托里縣150km，距克拉瑪依市78km，距鐵克公路30km。礦區東西長約2.5km，南北寬約2.26km，礦區面積5.6km2。

哈圖金礦千米井礦區開采深度較深，且隨著生產計劃的完成，開采水平不斷向深部發展。目前采拓工程已經達到1000m，深部開采誘發的應力集中導致巷道出現局部片幫、冒頂等地壓問題。同時局部礦體受地質構造（大量節理裂隙）的影響，出現了不同范圍和程度的巖體破壞現象。采場回采崩落礦體過程中存在的地壓災害隱患，已經給采礦作業人員安全與設備正常運行造成了極大的影響。另外，隨著礦山開采深度不斷地增加，地壓動力顯現將表現的越發明顯，例如采場頻繁發生大面積坍塌，圍巖發生較大范圍破壞等。

為了掌握采場圍巖裂隙發展規律及巖體穩定性，對巖體動力災害進行評估，需對巖體大范圍破壞過程和井下生產作業區域地壓活動進行實時監測和預警，形成一套適用于哈圖金礦千米井礦區的先進、可靠、高效、穩定的監測與預警系統。基于微震監測技術，建立微震監測系統可以實現實時、在線對圍巖整體區域進行監測。通過接收巖石破壞釋放的彈性波，反演出巖體破裂過程，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[1-3]。

2 地壓監測系統方案設計

地壓監測方案設計，需保障監測區域內微震事件定位誤差較小。此外，還需保障監測系統對震級較小事件的靈敏性[4-5]。同時還需要考慮礦區井下實際地質條件，對微震監測臺網進行優化，最終得到最優設計方案。

鑒于以上原因，對目前主要開采的725m、675m、625m、575m四個中段的巖體穩定性進行重點監測，建立了哈圖金礦地壓在線監測系統。微震傳感器具體布置如圖1所示，在725m、675m、625m、575m四個中段分別布設4、8、8、4個單分量微震傳感器，共計24通道。

圖1 地壓監測點布置圖

3 監測數據分析

3.1 干擾信號的剔除與微震信號的波形定位

微震監測系統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。圖2為幾種典型不同震源的信號波形圖，主要有微震、電流及機械震動等信號波形，在數據處理過程中要剔除電流及機械震動等干擾信號，拾取微震信號。

圖2 幾種典型震源的信號波形圖

篩選出微震事件信號后，需對原始波形進行位置拾取。在人工拾取微震事件波形時，一般情況下，P波的起波點較為清晰，軟件自動拾取的P波位置大部分是相對準確的，處理時應檢查自動拾取位置是否準確，不準確時予以調整。拾取S波形時，觀察第1個波形（P波）衰減后，第2個波形（P波）起跳的時刻，頻率有變化，波形寬度不同，即區分第1、2個波形的相似度，S波到達后，前后波形不相似。此外，按照傳感器觸發時間先后，越靠后的傳感器波形S起跳位置越清晰，S波形位置越好拾取。

3.2 微震事件時間演化特征

統計2019年12月～2020年11月期間系統監測到的微震事件活動率，如圖3所示，本周期監測微震事件活動率整體呈“下降-突然上升-突然下降-穩步下降”趨勢，監測前期（2019年12月～2020年1月）微震活動較為活躍，隨后2020年2月～3月期間，由于礦山停產，微震事件較少，活動很弱。2020年4月礦山恢復生產，微震事件活動率出現大幅度上升，活動迅速增強，與礦山實際生產情況相吻合。2020年5月～11月期間，微震活動率出現較大幅度下降，微震活動較弱且呈逐漸減弱趨勢，微震活動率變化較小。

圖3 微震事件活動率分布

哈圖金礦每天采場爆破時間在17:00～19:00，掘進爆破時間在00:00～02:00。從微震事件時間分布圖（見圖4）可以看出，每天00:00～02:00、16:00～18:00之間微震事件較多，說明微震事件主要是由爆破作業所誘發。因此，需重點關注爆破后巖體穩定性，及時清理采場頂板浮石，并加強支護，保障生產作業安全。此外，在其它沒有爆破的時段內，也監測到了微震事件，說明除爆破活動引起微震活動外，出礦、應力重分布等因素也誘發了微震事件。

圖4 每小時微震事件時間分布

3.3 微震事件空間演化特征

圖5為本周期監測到的微震事件空間分布圖，微震事件球的大小表示震級的大小，顏色表示事件發生的時間。

圖5 微震事件分布圖

本周期共監測到3253個微震事件，微震事件空間分布主要集中在采場東西兩側14～18線與20～24線之間，主要由開采作業所誘發，采礦活動過程中，巖體內部產生應力集中，當內部所儲存應力超過巖體承受能力時，巖體發生破壞。經過現場勘查，14～18線與20～24線之間現場巖體出現小范圍破壞，將上述區域劃定為地壓災害高風險區域。

4 結論

基于微震監測技術，在哈圖金礦千米井礦區建立了實時在線的地壓監測系統，對監測到的電流、機械震動等干擾信號進行剔除，對篩選后的微震事件信號波形拾取P波、S波位置，進行微震事件定位。監測周期內微震事件活動率整體呈“下降-突然上升-突然下降-穩步下降”趨勢，與礦山實際生產情況相吻合，空間分布主要集中在采場東西兩側的14～18線與20～24線之間，并將該區域確定為地壓災害高風險區域。