壽王墳銅礦深部大爆破對采空區穩定性的影響研究

楊占民 葉爾布蘭·瓦黑提 趙冉 崔冰

（①承德銅興礦業有限責任公司 承德 067100②哈密市職業安全檢驗檢測中心 哈密 839000）

1 引言

當前，采空區是國內許多礦山生產中造成災害最主要的源頭之一，對礦山人民財產與生命安全存在嚴重威脅，因此，對采空區穩定性進行監測與研究對礦山的安全生產有著重要意義［1-2］。近年來，很多學者對采空區探測、監測及其穩定性分析技術開展了大量研究工作，并取得了不少研究成果[3-9]。其中，微震監測技術以其非接觸、實時動態、大尺度三維立體監測的優點逐漸成為當前及未來的主流監測技術，被廣泛應用于礦山地壓災害的評估和預警等方面[11]。

壽王墳銅礦經過數十年開采，井下形成了南六號特大采空區，且采空區下盤圍巖賦存多條斷層，對采空區周邊圍巖的穩定性產生嚴重影響。為了保障礦山深部資源的安全高效開采，該銅礦引進了世界先進的IMS公司的微震監測系統，對南六號采空區下盤空區圍巖的穩定性進行動態監測。本文運用統計學與定量地震學方法，分析研究了壽王墳銅礦深部大爆破震動對采空區穩定性的影響情況，為評估深部大爆破對空區穩定性的影響提供了技術支撐。

2 工程概況

南六號采空區位于東部，最大寬度達到100m，在采區33～57線間，走向延續數百米，整體形態呈下大上小，中間被多天巖枝隔斷。采空區南側賦存F1、F2、F3等三條斷層（見圖1），F1、F2斷層斜交向兩側延伸，平均寬度0.5m，F3斷層距采空區相對較遠。其中在37～41線之間F2斷層對采空區圍巖穩定性影響最大，在下三中段距離采空區最近處小于10m，下三中段主巷道頂部產生最大寬度達20mm的裂縫。

圖1 下三地質平面圖

3 微震監測系統簡介

為了實現對南六號空區下盤圍巖的動態立體監測，某礦業公司在下一到下三之間布置了一套8通道的IMS微震監測系統，其中，下一中段布置了2個傳感器（WZ-1～WZ-2），下三中段布置了4個傳感器（WZ-3～WZ-6），監測范圍為33#～41線之間，具體布置位置如下圖2所示。

4 大爆破對采空區的影響分析

為了了解深部大爆破作業對淺部采空區穩定性的影響情況，本次擬隨機挑選了2021年1月份的相鄰3次大爆破事件進行研究，具體如下：

表1 大爆破統計表

為了了解深部大爆破對采空區尤其是下三斷層及臨近采空區圍巖穩定性的影響，運用IMS微震監測系統軟件，對空區下三斷層及臨近空區圍巖的微震活動進行研究，經統計發現每次大爆破后監測范圍內微震事件出現的時間分布如下表2所示。

表2 大爆破后微震事件統計表

從表2可以看出，下八、下九兩中段深部大爆破對監測范圍內的南6號空區下盤圍巖穩定性影響有限，大爆破后的震動并沒有馬上對空區下盤圍巖產生擾動破壞，其大爆破后24小時候才開始出現微震事件，說明即使不考慮其他任何因素，大爆破對圍巖產生的震動損傷至少得24小時才能顯現出來，說明下八及以下爆破作業對監測范圍內的空區下盤圍巖的穩定性影響非常有限，建議礦方可進行專門的爆破震動測試，以進一步準確評估大爆破對空區的影響程度。同時，從圖2～3看出，大爆破對上部空區影響產生的微震事件主要分布在下三中段水平附近，且大部分臨近空區邊界，說明大爆破震動對臨空區圍巖的穩定性影響較大，對斷層的影響相對較小。

圖2 1月10日～16日兩次相鄰大爆破間的微震事件空間分布圖

圖3 1月16日～29日兩次相鄰大爆破間的微震事件空間分布圖

5 結論

通過對壽王墳銅礦深部大爆破后采空區周邊圍巖的微震活動分析，得到了以下結論：深部大爆破震動并沒有馬上對空區下盤圍巖產生擾動破壞，在大爆破后24小時才開始出現微震事件，深部大爆破作業對淺部空區下盤圍巖的穩定性影響非常有限；同時，深部大爆破對上部空區影響產生的微震事件主要分布在下三中段水平附近，且大部分臨近空區邊界，說明大爆破震動對臨空區圍巖的穩定性影響較大，對斷層的影響相對較小，這為評估深部大爆破對空區穩定性影響提供了技術支撐。