微震監(jiān)測系統(tǒng)在玲南金礦的應(yīng)用與研究

趙新磊，張凡，張達(dá)，張君

（1．中礦金業(yè)股份有限公司，山東招遠(yuǎn)265400；2．北京礦冶研究總院，北京100160）

微震監(jiān)測系統(tǒng)在玲南金礦的應(yīng)用與研究

趙新磊1，張凡1，張達(dá)2，張君2

（1．中礦金業(yè)股份有限公司，山東招遠(yuǎn)265400；2．北京礦冶研究總院，北京100160）

針對(duì)玲南金礦遺留采空區(qū)和巖爆現(xiàn)象，采用微震監(jiān)測技術(shù)，對(duì)深部采場開挖過程微震活動(dòng)特征進(jìn)行研究。綜合實(shí)際工程條件和傳感器對(duì)角空間網(wǎng)絡(luò)方案，建立數(shù)字化多通道微震監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有先進(jìn)、豐富的地震學(xué)定量分析和可視化功能，可以對(duì)井下的巖石活動(dòng)情況進(jìn)行研究，并在巖體波形變化的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。研究結(jié)果可以為更好地理解和分析復(fù)雜應(yīng)力條件下的巖石變形及其微震活動(dòng)性誘發(fā)失穩(wěn)機(jī)制提供重要的參考。

微震監(jiān)測；爆破分析；巖爆

微震監(jiān)測技術(shù)［1］是通過檢測巖體破壞產(chǎn)生的彈性波，并能夠定位震源位置和計(jì)算震源能量等震源參數(shù)，定量計(jì)算礦山微震的危害級(jí)別，從而使之成為指導(dǎo)控制采礦進(jìn)程，預(yù)防災(zāi)害性礦震以及巖體災(zāi)害預(yù)警和巖爆等事故發(fā)生的一項(xiàng)基本技術(shù)［2－4］。在南非、加拿大、美國、德國、澳大利亞等國的深井礦山得到了廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果，但是在國內(nèi)應(yīng)用比較少，僅在冬瓜山、紅透山、錦屏一級(jí)水電站等少數(shù)地方進(jìn)行了一定的開展［5－8］。針對(duì)玲南金礦開采深度超過1 000m，隨之而來的巖爆現(xiàn)象日益加重，為確保安全生產(chǎn)的進(jìn)行，在20～26中段采用南非IMS高精度微震監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行全方位檢測研究。

1 微震監(jiān)測系統(tǒng)的布置與組成

針對(duì)金礦采空區(qū)和巖爆常發(fā)生的中段建立微震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)工作原理是通過井下單向、三向傳感器采集震動(dòng)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集設(shè)備的收集，去噪，同步傳送到小貓，再匯總到達(dá)總基站，最終通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳到地面。通過在20中段運(yùn)輸川內(nèi)布置4個(gè)，22中段上下盤分別布置4個(gè)，3盲24中段網(wǎng)絡(luò)布置4處，盲主井24中段斜對(duì)應(yīng)布置4處，26中段掘進(jìn)巷附近布置兩處，并且每個(gè)傳感器的作用范圍為200m，傳輸距離200m，傳感器固有頻率為30Hz，頻帶寬為15～2 000Hz。

系統(tǒng)的主要組成為檢波器（Geophone）、智能不間斷電源（UPS）、數(shù)據(jù)采集設(shè)備（GS）、DSL調(diào)制解調(diào)器（DSL－GS、DSL－MR4）、配套軟件（synapse、trace、Tick3D、Jdi）。

圖1 微震監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig．1 The topological structure of microseismicity monitoring system

監(jiān)測系統(tǒng)安裝完成以后，進(jìn)行放炮定點(diǎn)試驗(yàn)，在trace軟件中查看自動(dòng)選定的P波、S波，不斷地修改相應(yīng)的參數(shù)，爆破識(shí)別、定位等。巖石中P波、S波在巖石中的傳輸速度默認(rèn)為5 500m/s、3 300 m/s，根據(jù)優(yōu)化的布置空間方案，2014年7月初在相應(yīng)采區(qū)位置進(jìn)行了直徑80mm、藥量2kg的放炮試驗(yàn)，定位誤差不大于5%，系統(tǒng)靈敏度為里氏震級(jí)設(shè)置為－2級(jí)。通過現(xiàn)場調(diào)試滿足規(guī)定要求。并在3D軟件、Jdi軟件中對(duì)比查看現(xiàn)場存在的問題走向。

采用20～26中段布置的微震監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，為了查找爆破點(diǎn)規(guī)律，10個(gè)爆破聚集區(qū)域作為一個(gè)整體圖。而這些圈定的爆破點(diǎn)與金礦實(shí)際爆破點(diǎn)比較吻合，圖2為2014年7月份爆破的集中區(qū)域圖。

2 玲南金礦微震活動(dòng)的研究

玲南金礦微震監(jiān)測系統(tǒng)自建立以來，每天實(shí)時(shí)接收井下數(shù)據(jù)信息，記錄的最小震級(jí)事件為－3級(jí)，通過trace處理得到合適的事件有200～300個(gè)，共分3大類：爆破事件；機(jī)械類震動(dòng)；微震事件。我們下面僅針對(duì)于微震事件進(jìn)行分析。對(duì)于微震事件的分析要設(shè)定好厚度范圍參數(shù)40，－40、橫向－266．12，－266．12、縱向參數(shù)－206．12，－206．12，并且對(duì)于事件進(jìn)行網(wǎng)格化細(xì)分，求出應(yīng)力變化。

圖2 7月份井下爆破點(diǎn)匯總Fig．2The sum of the underground blasting site in July

玲南金礦由于采用充填法、淺孔爆破的方式進(jìn)行回采活動(dòng)，采場暴露面積較小，爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)也較小，地壓活動(dòng)總體來說相對(duì)平穩(wěn)。井下的主要危險(xiǎn)源是不可預(yù)知和控制的遺留的老民采空區(qū)，當(dāng)回采逐漸過渡到深部老民采空區(qū)時(shí)，往往造成民采空區(qū)和民采巷道留下的間柱與礦山設(shè)計(jì)的間柱在空間上會(huì)錯(cuò)位，易引起礦山整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗壓能力減弱，容易引起大規(guī)模地壓活動(dòng)。根據(jù)微震監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握區(qū)域性巖體的地壓活動(dòng)變化特征，評(píng)價(jià)礦山圍巖［4］的穩(wěn)定性，對(duì)地壓災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警。

如圖2所示，微震事件主要聚集在19中段西側(cè)、21中段礦體中部、23中段中部及東側(cè)、24中段西側(cè)和中部。

圖3 玲南金礦18～20中段巖體應(yīng)變?cè)茍DFig．3 The rock massstrain nephogram in level 18to 20in Lingnan Gold Mine

圖4 玲南金礦20～22中段巖體應(yīng)變?cè)茍DFig．4 The rock mass strain nephogram in level 20to 22in Lingnan Gold Mine

根據(jù)微震事件聚集情況，對(duì)各個(gè)中段的巖體應(yīng)變變化進(jìn)行了數(shù)值分析，如圖3～6所示，18～20中段的應(yīng)變變化最大，峰值達(dá)19mm位于礦體西側(cè)；20～22中段無明顯應(yīng)變變化，峰值2．8mm位于礦體中部；22～24中段應(yīng)變變化不大，峰值6．9mm位于礦體東側(cè)；24～26中段應(yīng)變變化不大，峰值5．2 mm位于礦體西側(cè)。監(jiān)測區(qū)域內(nèi)總體地壓活動(dòng)穩(wěn)定，局部出現(xiàn)巖體軟化現(xiàn)象，但相對(duì)變化值不大。巖體地壓活動(dòng)變化規(guī)律特征，需要在后面的數(shù)據(jù)分析過程進(jìn)行時(shí)間空間上的對(duì)比分析。

3 結(jié)論

微震監(jiān)測是當(dāng)今比較前沿的技術(shù)，不僅對(duì)放炮事件能夠獲取相應(yīng)的時(shí)間、位置信息，還能夠?qū)Ω髦卸螏r石應(yīng)力進(jìn)行量化分析。對(duì)于安全生產(chǎn)起到很大的輔助作用，但是在國內(nèi)應(yīng)用不是很成熟，摸索前進(jìn)，玲南金礦每天采集大約100個(gè)事件，雖然取得初步進(jìn)步，要對(duì)金礦今后安全生產(chǎn)的指導(dǎo)發(fā)展還有很長的路要走。

圖5 玲南金礦22～24中段巖體應(yīng)變?cè)茍DFig．5 The rock mass strain nephogram in level 22to 24in Lingnan Gold Mine

圖6 玲南金礦24～26中段巖體應(yīng)變?cè)茍DFig．6 The rock mass strain nephogram in level 24to 26in Lingnan Gold Mine

玲南金礦的巖爆和采空區(qū)研究是國內(nèi)為數(shù)不多的開采型金屬礦山，已經(jīng)作為國內(nèi)“十二五”國家科技支撐計(jì)劃（2012BAK09B03），玲南金礦的微震系統(tǒng)的運(yùn)行也為該地巖爆、采空區(qū)的研究提供更好地技術(shù)保障，同樣給整個(gè)招遠(yuǎn)的金屬礦山研究提供了重要的平臺(tái)。

［1］唐禮忠，潘長良，楊承祥，等．冬瓜山銅礦微震監(jiān)測系統(tǒng)及其應(yīng)用研究［J］．金屬礦山，2006（10）：41－45．

［2］趙向東，陳波，姜福興．微地震工程應(yīng)用研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（2）：2609－2612．

［3］唐紹輝，潘懿，黃英華，等．深井礦山地壓災(zāi)害微震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（2）：3597－3603．

［4］唐禮忠，潘長良，謝學(xué)斌．深埋硬巖礦床巖爆控制研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（7）：1067－1071．

［5］姜福興，XUN Luo，楊淑華．采場覆巖空間破裂與采動(dòng)應(yīng)力場的微震探測研究［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25（1）：23－25．

［6］唐禮忠．深井礦山地震活動(dòng)與巖爆監(jiān)測及預(yù)測研究［D］．長沙：中南大學(xué)，2008．

［7］唐禮忠，張君，李夕兵，等．基于定量地震學(xué)的礦山微震活動(dòng)對(duì)開采速率的響應(yīng)特性研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（7）：1349－1354．

［8］張銀平．巖體聲發(fā)射與微震監(jiān)測定位技術(shù)及其應(yīng)用［J］．工程爆破，2002，8（1）：58－61．

Application and study on microseismic monitoring system in Lingnan Gold Mine

ZHAO Xinlei1，ZHANG Fan1，ZHANG Da2，ZHANG Jun2
（1．Zhongkuang Gold Industry Co．，Ltd．，Zhaoyuan Shandong 265400，China；2．Beijing General Research Institute of Mining ＆Metallurgy，Beijing 100160，China）

Aimed at goaf and rock burst phenomenon in Lingnan Gold Mine，the seismic activity characteristics of deep excavation process are studied withmicroseismic monitoring technology．Consideration practical engineering conditions and sensor diagonal space network solution，digital multi－channel seismic monitoring system is established，which has the function of advanced and rich seismology quantitative analysis，and the rock activities can be studied．It is analyzed based on the waveform changes of rock mass．The results of the study provides important reference for better understanding and analyzing the rock deformation under complicated stress conditions and the mechanism of instability induced by their seismic activity．

microseismic monitoring；explosion analysis；rockburst

TD76

Α

1671－4172（2015）04－0094－04

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．021

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK09B03）

趙新磊（1986－），男，助理工程師，碩士，機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)。