微震监测系统在玲南金矿的应用与研究

赵新磊，张凡，张达，张君

（1．中矿金业股份有限公司，山东招远265400；2．北京矿冶研究总院，北京100160）

微震监测系统在玲南金矿的应用与研究

赵新磊1，张凡1，张达2，张君2

（1．中矿金业股份有限公司，山东招远265400；2．北京矿冶研究总院，北京100160）

针对玲南金矿遗留采空区和岩爆现象，采用微震监测技术，对深部采场开挖过程微震活动特征进行研究。综合实际工程条件和传感器对角空间网络方案，建立数字化多通道微震监测系统，该系统具有先进、丰富的地震学定量分析和可视化功能，可以对井下的岩石活动情况进行研究，并在岩体波形变化的基础上进行分析。研究结果可以为更好地理解和分析复杂应力条件下的岩石变形及其微震活动性诱发失稳机制提供重要的参考。

微震监测；爆破分析；岩爆

微震监测技术［1］是通过检测岩体破坏产生的弹性波，并能够定位震源位置和计算震源能量等震源参数，定量计算矿山微震的危害级别，从而使之成为指导控制采矿进程，预防灾害性矿震以及岩体灾害预警和岩爆等事故发生的一项基本技术［2－4］。在南非、加拿大、美国、德国、澳大利亚等国的深井矿山得到了广泛应用，并取得了很好的效果，但是在国内应用比较少，仅在冬瓜山、红透山、锦屏一级水电站等少数地方进行了一定的开展［5－8］。针对玲南金矿开采深度超过1 000m，随之而来的岩爆现象日益加重，为确保安全生产的进行，在20～26中段采用南非IMS高精度微震监测系统进行全方位检测研究。

1 微震监测系统的布置与组成

针对金矿采空区和岩爆常发生的中段建立微震监测网络。该系统工作原理是通过井下单向、三向传感器采集震动数据传送到数据采集设备，经过数据采集设备的收集，去噪，同步传送到小猫，再汇总到达总基站，最终通过环网交换机传到地面。通过在20中段运输川内布置4个，22中段上下盘分别布置4个，3盲24中段网络布置4处，盲主井24中段斜对应布置4处，26中段掘进巷附近布置两处，并且每个传感器的作用范围为200m，传输距离200m，传感器固有频率为30Hz，频带宽为15～2 000Hz。

系统的主要组成为检波器（Geophone）、智能不间断电源（UPS）、数据采集设备（GS）、DSL调制解调器（DSL－GS、DSL－MR4）、配套软件（synapse、trace、Tick3D、Jdi）。

图1 微震监测系统拓扑结构图Fig．1 The topological structure of microseismicity monitoring system

监测系统安装完成以后，进行放炮定点试验，在trace软件中查看自动选定的P波、S波，不断地修改相应的参数，爆破识别、定位等。岩石中P波、S波在岩石中的传输速度默认为5 500m/s、3 300 m/s，根据优化的布置空间方案，2014年7月初在相应采区位置进行了直径80mm、药量2kg的放炮试验，定位误差不大于5%，系统灵敏度为里氏震级设置为－2级。通过现场调试满足规定要求。并在3D软件、Jdi软件中对比查看现场存在的问题走向。

采用20～26中段布置的微震监测系统网络，为了查找爆破点规律，10个爆破聚集区域作为一个整体图。而这些圈定的爆破点与金矿实际爆破点比较吻合，图2为2014年7月份爆破的集中区域图。

2 玲南金矿微震活动的研究

玲南金矿微震监测系统自建立以来，每天实时接收井下数据信息，记录的最小震级事件为－3级，通过trace处理得到合适的事件有200～300个，共分3大类：爆破事件；机械类震动；微震事件。我们下面仅针对于微震事件进行分析。对于微震事件的分析要设定好厚度范围参数40，－40、横向－266．12，－266．12、纵向参数－206．12，－206．12，并且对于事件进行网格化细分，求出应力变化。

图2 7月份井下爆破点汇总Fig．2The sum of the underground blasting site in July

玲南金矿由于采用充填法、浅孔爆破的方式进行回采活动，采场暴露面积较小，爆破对围岩的扰动也较小，地压活动总体来说相对平稳。井下的主要危险源是不可预知和控制的遗留的老民采空区，当回采逐渐过渡到深部老民采空区时，往往造成民采空区和民采巷道留下的间柱与矿山设计的间柱在空间上会错位，易引起矿山整个结构系统抗压能力减弱，容易引起大规模地压活动。根据微震监测系统可以实时掌握区域性岩体的地压活动变化特征，评价矿山围岩［4］的稳定性，对地压灾害进行提前预警。

如图2所示，微震事件主要聚集在19中段西侧、21中段矿体中部、23中段中部及东侧、24中段西侧和中部。

图3 玲南金矿18～20中段岩体应变云图Fig．3 The rock massstrain nephogram in level 18to 20in Lingnan Gold Mine

图4 玲南金矿20～22中段岩体应变云图Fig．4 The rock mass strain nephogram in level 20to 22in Lingnan Gold Mine

根据微震事件聚集情况，对各个中段的岩体应变变化进行了数值分析，如图3～6所示，18～20中段的应变变化最大，峰值达19mm位于矿体西侧；20～22中段无明显应变变化，峰值2．8mm位于矿体中部；22～24中段应变变化不大，峰值6．9mm位于矿体东侧；24～26中段应变变化不大，峰值5．2 mm位于矿体西侧。监测区域内总体地压活动稳定，局部出现岩体软化现象，但相对变化值不大。岩体地压活动变化规律特征，需要在后面的数据分析过程进行时间空间上的对比分析。

3 结论

微震监测是当今比较前沿的技术，不仅对放炮事件能够获取相应的时间、位置信息，还能够对各中段岩石应力进行量化分析。对于安全生产起到很大的辅助作用，但是在国内应用不是很成熟，摸索前进，玲南金矿每天采集大约100个事件，虽然取得初步进步，要对金矿今后安全生产的指导发展还有很长的路要走。

图5 玲南金矿22～24中段岩体应变云图Fig．5 The rock mass strain nephogram in level 22to 24in Lingnan Gold Mine

图6 玲南金矿24～26中段岩体应变云图Fig．6 The rock mass strain nephogram in level 24to 26in Lingnan Gold Mine

玲南金矿的岩爆和采空区研究是国内为数不多的开采型金属矿山，已经作为国内“十二五”国家科技支撑计划（2012BAK09B03），玲南金矿的微震系统的运行也为该地岩爆、采空区的研究提供更好地技术保障，同样给整个招远的金属矿山研究提供了重要的平台。

［1］唐礼忠，潘长良，杨承祥，等．冬瓜山铜矿微震监测系统及其应用研究［J］．金属矿山，2006（10）：41－45．

［2］赵向东，陈波，姜福兴．微地震工程应用研究［J］．岩石力学与工程学报，2002，21（2）：2609－2612．

［3］唐绍辉，潘懿，黄英华，等．深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究［J］．岩石力学与工程学报，2009，28（2）：3597－3603．

［4］唐礼忠，潘长良，谢学斌．深埋硬岩矿床岩爆控制研究［J］．岩石力学与工程学报，2003，22（7）：1067－1071．

［5］姜福兴，XUN Luo，杨淑华．采场覆岩空间破裂与采动应力场的微震探测研究［J］．岩土工程学报，2003，25（1）：23－25．

［6］唐礼忠．深井矿山地震活动与岩爆监测及预测研究［D］．长沙：中南大学，2008．

［7］唐礼忠，张君，李夕兵，等．基于定量地震学的矿山微震活动对开采速率的响应特性研究［J］．岩石力学与工程学报，2012，31（7）：1349－1354．

［8］张银平．岩体声发射与微震监测定位技术及其应用［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”国家科技支撑计划项目（2012BAK09B03）

赵新磊（1986－），男，助理工程师，硕士，机械制造及其自动化专业，研究方向为先进制造技术。