哈图金矿千米井矿区地压监测方案设计及应用研究

王海文 李志军 吴亚飞 王彬 石峰

（①西部黄金股份有限公司 乌鲁木齐 830001②西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司 克拉玛依834000③矿冶科技集团有限公司 北京 100160）

1 引言

西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司是上市公司西部黄金股份有限公司的全资子公司，隶属于新疆有色金属工业（集团）有限责任公司，位于托里县乌雪特乡境内的哈图山下，距托里县150km，距克拉玛依市78km，距铁克公路30km。矿区东西长约2.5km，南北宽约2.26km，矿区面积5.6km2。

哈图金矿千米井矿区开采深度较深，且随着生产计划的完成，开采水平不断向深部发展。目前采拓工程已经达到1000m，深部开采诱发的应力集中导致巷道出现局部片帮、冒顶等地压问题。同时局部矿体受地质构造（大量节理裂隙）的影响，出现了不同范围和程度的岩体破坏现象。采场回采崩落矿体过程中存在的地压灾害隐患，已经给采矿作业人员安全与设备正常运行造成了极大的影响。另外，随着矿山开采深度不断地增加，地压动力显现将表现的越发明显，例如采场频繁发生大面积坍塌，围岩发生较大范围破坏等。

为了掌握采场围岩裂隙发展规律及岩体稳定性，对岩体动力灾害进行评估，需对岩体大范围破坏过程和井下生产作业区域地压活动进行实时监测和预警，形成一套适用于哈图金矿千米井矿区的先进、可靠、高效、稳定的监测与预警系统。基于微震监测技术，建立微震监测系统可以实现实时、在线对围岩整体区域进行监测。通过接收岩石破坏释放的弹性波，反演出岩体破裂过程，从而反映监测区域内岩体应力分布及变形状况，进而达到实时监测及预警的效果[1-3]。

2 地压监测系统方案设计

地压监测方案设计，需保障监测区域内微震事件定位误差较小。此外，还需保障监测系统对震级较小事件的灵敏性[4-5]。同时还需要考虑矿区井下实际地质条件，对微震监测台网进行优化，最终得到最优设计方案。

鉴于以上原因，对目前主要开采的725m、675m、625m、575m四个中段的岩体稳定性进行重点监测，建立了哈图金矿地压在线监测系统。微震传感器具体布置如图1所示，在725m、675m、625m、575m四个中段分别布设4、8、8、4个单分量微震传感器，共计24通道。

图1 地压监测点布置图

3 监测数据分析

3.1 干扰信号的剔除与微震信号的波形定位

微震监测系统可以采集到频率为几赫兹到几千赫兹的震动信号。因此，它可能检测到井下多种来源的信号。而从中提取真正岩体破坏的地震波的微震信息，剔除伪信号干扰至关重要。图2为几种典型不同震源的信号波形图，主要有微震、电流及机械震动等信号波形，在数据处理过程中要剔除电流及机械震动等干扰信号，拾取微震信号。

图2 几种典型震源的信号波形图

筛选出微震事件信号后，需对原始波形进行位置拾取。在人工拾取微震事件波形时，一般情况下，P波的起波点较为清晰，软件自动拾取的P波位置大部分是相对准确的，处理时应检查自动拾取位置是否准确，不准确时予以调整。拾取S波形时，观察第1个波形（P波）衰减后，第2个波形（P波）起跳的时刻，频率有变化，波形宽度不同，即区分第1、2个波形的相似度，S波到达后，前后波形不相似。此外，按照传感器触发时间先后，越靠后的传感器波形S起跳位置越清晰，S波形位置越好拾取。

3.2 微震事件时间演化特征

统计2019年12月～2020年11月期间系统监测到的微震事件活动率，如图3所示，本周期监测微震事件活动率整体呈“下降-突然上升-突然下降-稳步下降”趋势，监测前期（2019年12月～2020年1月）微震活动较为活跃，随后2020年2月～3月期间，由于矿山停产，微震事件较少，活动很弱。2020年4月矿山恢复生产，微震事件活动率出现大幅度上升，活动迅速增强，与矿山实际生产情况相吻合。2020年5月～11月期间，微震活动率出现较大幅度下降，微震活动较弱且呈逐渐减弱趋势，微震活动率变化较小。

图3 微震事件活动率分布

哈图金矿每天采场爆破时间在17:00～19:00，掘进爆破时间在00:00～02:00。从微震事件时间分布图（见图4）可以看出，每天00:00～02:00、16:00～18:00之间微震事件较多，说明微震事件主要是由爆破作业所诱发。因此，需重点关注爆破后岩体稳定性，及时清理采场顶板浮石，并加强支护，保障生产作业安全。此外，在其它没有爆破的时段内，也监测到了微震事件，说明除爆破活动引起微震活动外，出矿、应力重分布等因素也诱发了微震事件。

图4 每小时微震事件时间分布

3.3 微震事件空间演化特征

图5为本周期监测到的微震事件空间分布图，微震事件球的大小表示震级的大小，颜色表示事件发生的时间。

图5 微震事件分布图

本周期共监测到3253个微震事件，微震事件空间分布主要集中在采场东西两侧14～18线与20～24线之间，主要由开采作业所诱发，采矿活动过程中，岩体内部产生应力集中，当内部所储存应力超过岩体承受能力时，岩体发生破坏。经过现场勘查，14～18线与20～24线之间现场岩体出现小范围破坏，将上述区域划定为地压灾害高风险区域。

4 结论

基于微震监测技术，在哈图金矿千米井矿区建立了实时在线的地压监测系统，对监测到的电流、机械震动等干扰信号进行剔除，对筛选后的微震事件信号波形拾取P波、S波位置，进行微震事件定位。监测周期内微震事件活动率整体呈“下降-突然上升-突然下降-稳步下降”趋势，与矿山实际生产情况相吻合，空间分布主要集中在采场东西两侧的14～18线与20～24线之间，并将该区域确定为地压灾害高风险区域。