基于微震監測數據的礦山地壓活動分析

李玉娟 楊云琛 吳爽 劉強

（1.礦冶科技集團有限公司，北京 102628；2.云南迪慶有色金屬有限責任公司，云南香格里拉 674400）

普朗銅礦采用自然崩落法進行回采，礦石崩落后長期堆積在底部結構之上，造成底部結構巖體產生變形破壞。由于賦存多條貫穿采區的斷層，在構造應力的共同作用下，底部結構局部巷道圍巖與礦柱地壓問題凸顯[1-4]。為此，普朗銅礦在底部結構建立了一套包括微震監測系統，同時配合鉆孔應力單點監測，多尺度掌握底部結構地壓狀態。通過地壓監測數據的處理，結合現場生產與地壓狀況，為礦山編排出礦作業計劃提供參考[5-8]。

1 礦山概況

1.1 采礦方法

普朗銅礦設計礦石生產規模為1250 萬t/a。一期首采中段為3720m，即開采3720m 標高以上的礦體。采用平硐開拓，中段采用無人駕駛有軌電機車運輸。3720m 標高為出礦水平，礦石經鏟運機出礦進入溜井，下到有軌運輸水平。3670m 標高為有軌運輸水平，采用沿脈裝礦、環形運輸，設計運輸車輛為40t 電機車雙機牽引10 輛20m3底側卸式礦車。礦石經電機車礦車運到地下破碎站，經破碎后，由膠帶送到選礦廠。

1.2 地壓狀況

開采過程中，底部結構應力集中且受斷層影響，巖體破碎嚴重，巷道與支護結構出現變形。從現場巡查情況來看，采區底部結構S1～S7穿脈東西兩側地壓顯現，特別是斷層揭露區域圍巖破壞變形嚴重，S1～S5 西沿多條穿脈出現頂板沉降、片幫、底鼓等不同程度的變形破壞。

1.3 地壓監測系統概況

礦山在井下建立了一套微震監測系統，在井下3720m 出礦水平的N4、N1、S3、S6、S9等5個穿脈內布設24 個傳感器，在3660m 水平在1#、3#運輸巷布設8個傳感器。同時在3720m 出礦水平N3、N2、S2、S4、S5穿脈內針對性的布設鉆孔應力計，實現點面結合、多尺度協同的礦山地壓監測系統。

2 微震監測數據處理

微震監測系統監測到震動信號后，需要對震動波形進行鑒別和處理。震動信號中除爆破信號與微震信號外，還存在諸多干擾信號，主要為機械振動信號、電流干擾信號等，需要對爆破信號與微震信號波形進行鑒別，圖1 為典型礦山爆破與微震信號波形。信號識別后，到時拾取是事件定位的關鍵，通常采用能量法中的長短時窗比法（STA/LTA）進行到時拾取，STA指信號在固定長度的短時窗，LTA指長時窗中的平均值，用二者比值來描述該段信號的振幅即能量的變化情況，比值突變點認定為震動信號的到時點，經計算后獲得精確定位的微震事件。

圖1 典型礦山震動波形

3 地壓活動分析

將定位后的微震事件導入礦山三維模型，結合現場生產作業與巖體實際情況，對礦山底部結構地壓情況進行分析，為礦山編排出礦計劃提供參考。

3.1 底部結構微震監測數據分析

以普朗銅礦3720m 水平為中心，向上下各30m建立底部結構分析模型，分析底部結構區域微震事件時空演化規律。圖2 為2022 年7 月與8 月底部結構監測到的微震事件空間分布情況，上述兩個月微震事件分布區域相似，由于8 月微震監測系統斷電，監測到的微震事件數量有所減少。7 月與8 月主要位于N3～S2 穿脈W9～E1 進路與S6～S9 穿脈W9～W5進路，西側出礦作業與各穿脈1#溜井溜礦作業誘發了大量的微震事件，采區中部與西部微震事件較少。該情況與礦山雨季管控期間，東部區域大量出礦，而雨季管控區出礦量較少相一致，微震事件時空分布反映了底部結構生產作業情況。

圖2 微震事件空間分布

為更準確的分析底部結構微震事件的空間分布規律，平行于穿脈方向將底部結構每隔30m 進行劃分，統計每個分區內的微震事件數量。如圖3所示，8月～9 月N3～S3 之間、S6～S8 之間穿脈微震事件較多，與現場出礦作業地點相吻合。采區S2穿脈以北區域與S6 穿脈以南區域整體上地壓狀況良好，S2～S5 穿脈地壓問題相對突出，特別是西側區域進路圍巖嚴重變形，需繼續做好危險區域管控。

圖3 底部結構各穿脈內微震事件數量分布

3.2 底部結構應力監測數據分析

微震監測數據反映了底部結構巖體的宏觀破裂情況，鉆孔應力數據代表了具體位置的精確受力狀態。圖4 為S2 與S5 穿脈鉆孔應力測點的應力值曲線，S2、S5 穿脈測點基本均在7 月～8 月未出礦區域，因此應力值變化幅度不大，S2-E7測點應力值處于持續的波動狀態，S5-E19 測點應力值在8 月初呈現1MPa 上下的波動，表明以上兩測點所在礦柱出現破裂情況，巖體仍處于不穩定狀態。

圖4 鉆孔應力計監測數據

3.3 出礦作業建議

根據7 月～8 月地壓監測數據與現場實際生產狀況，采區S2 穿脈以北區域與S6 穿脈以南區域整體上地壓狀況良好，8月后若無大規模降水情況下可以加大出礦量；S2～S5 穿脈地壓問題相對突出，斷層交匯區域仍處于不穩定狀態，需緩慢加大出礦量。編排出礦計劃時應在時間與空間上梯度增長，不可在長期未出礦的區域突然大量出礦，否則將打破已形成的相對平衡穩定的礦巖結構狀態。

4 結論

（1）采用長短時窗比法對礦山震動波形進行鑒別和處理，獲得精確定位的微震事件并導入礦山三維模型，結合現場生產作業與巖體實際情況，可以對礦山地壓情況進行實時分析。

（2）微震事件時空分布反映了普朗銅礦底部結構生產作業情況，S2 穿脈以北區域與S6 穿脈以南區域地壓狀況良好，S2～S5 穿脈地壓問題相對突出，需繼續做好危險區域管控。

（3）地壓狀況良好區域可以加大出礦量，斷層交匯區域仍處于不穩定狀態，需緩慢加大出礦量，編排出礦計劃時應在時間與空間上梯度增長。