微震技术在江西某钨矿地压活动监测中的应用

蓝恩桂 李凌飞

(1.江钨集团江西漂塘钨业有限公司；2.上海鹏旭信息科技有限公司)

江西某钨矿始发现于20世纪初，属于多金属-石英细脉型高温热液矿床。建矿后经60多年开采，形成了大量采空区，暴露面大，加之矿区断层发育，特别是F2、F3两大断层斜切整个矿体，以及F5、F6等大断层的存在，导致矿区井下地压活动频繁，严重威胁了矿井安全生产[1]。该矿地压活动的显现形式主要为平窿有明显开裂、破碎带附近浇灌水泥墙面出现裂缝、顶板金属支护设施下沉被压弯、水沟的水出现下渗、装矿机道底板塌陷、采空区间柱严重扭曲变形、岩块崩落产生大量裂缝、采场片帮冒顶增加等[2]。

为分析和控制地压活动，预防地压灾害发生，矿区通过设置测量标志、安装地压木滑尺，采用全站仪点对点滑动位移测量以及较先进的便携式岩体声发射监测仪等对地压活动进行监测，在一定时间段内，为矿区安全生产提供了大量有价值的监测数据，在一定程度上发挥了地压活动的监测预警作用。但该类方法的不足在于：监测受环境干扰大，读数不精确；人工监测为间断性的定期或不定期监测，时效性差，难以及时获得地压活动监测数据；监测人员必须到地压活动现场进行监测，给监测人员的安全带来了隐患。为此，本研究采用IMS微震监测技术对该矿地压活动进行监测分析。

1 系统架构

江西某钨矿于2011年10月引进了南非IMS微震监测技术，分2期工程建立了41通道IMS微震地压监测系统(图1)，以实现全天候在线监测地压活动，及时、准确获取地压活动信息，掌握地压活动规律[3]。系统总通道数达到41个，传感器29个，合理分布于496，448，388，328，268 m中段。系统重点监控268～496 m中段的中、西部III#带采空区和西部I#带采空区，同时适当兼顾监控矿区北组区域的地压活动。

准确和灵敏地获取微震事件的震源数据是利用微震技术分析地压活动规律的基础[4]，通过Vantage可视化分析软件进行数值建模分析，可知系统对矿区内目标监测区域所发生的微震事件的空间定位误差基本可以达到10 m以内，里氏震级-2.5级以上的事件可以被准确地触发和定位。为了尽可能减少应力波在经过空区、大断裂带以及解理裂隙发育区域发生能量衰减，降低应力波绕行引起的定位误差[5]，本研究在268，388，496 m中段共选取了3个围岩完整性较好，且在50 m范围内无较大空区和断裂带分布的区域进行了巷道孔壁内小药量爆破试验，结果表明，实际定位误差分别为8.3，9.1，6.8 m，均小于10 m。可见该系统对于矿区微震事件的定位精度较优[6]。

2 矿区地压活动规律分析

2.1 矿区整体地压活动规律

图1 微震系统架构

2017年全年(2017年1月1日00:00:00—2017年12月31日23:59:59)，微震系统共监测到 14 223 个不同微震事件，平均每天发生约40～50个事件。微震事件主要聚集于268，328，388 m中段，其次为448，496，208，556，616 m中段。微震事件数量反映了相关区域的地压活动剧烈程度[7]，由此可见该矿区328 m中段地压活动最为强烈，其次依次为388，268，448，496，208，556，616 m中段(表1)。

表1 各中段微震事件数量统计

388 m中段为矿区东西走向最长、南北跨度最大的一个中段，因此可以该中段平面为基点，将全矿区划分为西部、中部、东部和北部。其中，西部西起矿区西部边界，东以0#线为界，北至F2断层北部已探明边界，南至矿区南界；中部为0#～15#线，南北界以西部北界顺延；东部西起15#线，东至矿区东界，南北与中部对应界顺延(图2)。各区微震事件统计数据件表2。

表2 矿区各区域微震事件统计

图2 矿区分区示意

分析表2可知：矿区中部与西部是微震事件相对聚集的区域，表明两者地压活动相对剧烈，与矿区地质构造和开采强度息息相关[8]，F2断层自北向南横切西部Ⅰ#带和Ⅲ#带矿脉，F5断层自西向东贯穿整个Ⅲ#带矿体，2条断层在Ⅲ#带西部相交，导致相关区域岩性破碎，节理裂隙发育，并且Ⅰ#带和Ⅲ#带的中西部采场是矿区全年主要开采区域，开采扰动也加剧了该类区域的地压活动。

2.2 矿区局部地压活动规律

总体上，矿区268，328，388 m中段为地压活跃区域，中部、西部为地压活跃区域。本研究以328 m中段为例，分析该中段各区域的地压活动规律。在Vantage可视化分析软件中设置时间段为2017年1月1日00:00:00—2017年12月31日11:59:59，而后选取空间过滤器，将空间边界范围选取为328 m中段，在3D视图上可以直接将该时间段内发生于该中段的微震事件进行直观地显示(图3)。分析图3可知：①328 m中段2017年全年有7个事件相对较为聚集的区域，7个明显事件聚集的区域中，2#、3#、4#、5#、7#区域有明显的事件聚集现象；②位于西部的1#、2#、3#、4#区域被F3、F5、F6断层包裹，表明相关区域同时受3条断层共同影响，解理裂隙急剧发育，地压活动剧烈；③累积的微震事件以大致垂直角度簇状聚集于F3、F5断层，此外，东部的F2断层也存在几乎垂直于走向的事件聚集形态，表明沿断层走向的垂直方向存在着明显的构造应力影响区域，并且具备了明显的方向性和区域性，与矿区构造应力对围岩稳定性的影响规律较一致[9-10]。

图3 2017年328 m中段全年累积事件分布

3 实例分析

2017年9月下旬，388 m中段的304采场附近出现了异常事件聚集现象(图4)，并于9月20日发生了1个大震级事件，如图5所示。

图4 388 m中段事件聚集

分析图4可知：388 m中段304采场出现了异常事件聚集现象，5 d内便发生了22个微震事件，区域微震事件聚集程度明显，与此同时，各项地压灾害风险评估指标变化平缓，表明绝大部分事件均属于小震级事件，能量释放平缓[11-12]，主要由于304采场采矿活动诱发了二次应力调整，导致相邻岩体形成新的微裂隙或原有裂隙进一步扩展。直至2017年9月19日15:18:59发生了1个-0.9级的大震级事件，大震级事件的产生往往伴随着瞬间较大能量的释放，预测极有可能引发较明显的地压显现甚至灾害发生。在次日安全排查中，发现在388 m中段0#～4#线304采场附近巷道发生了一般规模的冒顶现象，但并未有人员伤亡和设备损伤(图5)。

图5 388 m中段事件聚集现象

4 结 语

通过构建江西某钨矿微震监测系统，基于微震技术理论对该矿区的地压活动规律进行了监测分析。结果表明：268，328，388 m中段为地压活跃区域，矿区中部和西部为地压活跃区域。结合地质资料对微震监测数据进行了定性解译，认为矿区F3、F5、F6断层共同影响的区域为地压活跃区域，断层走向的垂直方向为构造应力的影响方向，大断层对围岩的影响具有明显的方向性和区域性。

参 考 文 献

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