黃智群，江文武，李家福，吳小豐

(1.江西漂塘鎢業(yè)有限公司， 江西 贛州市 341000；2.江西理工大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院， 江西 贛州市 341000；3.上海鵬旭信息科技有限公司， 上海 200000)

0 引 言

我國(guó)贛南鎢礦開(kāi)采歷史悠久，地質(zhì)條件復(fù)雜，早期民采現(xiàn)象嚴(yán)重，多礦脈同時(shí)開(kāi)采，隨著開(kāi)采深度增加，地壓活動(dòng)愈演愈烈，此前如應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)等傳統(tǒng)的地壓監(jiān)測(cè)手段存在埋設(shè)點(diǎn)位要求高，監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)單一、監(jiān)測(cè)范圍有限，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)滯后等技術(shù)缺陷。隨著各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)、數(shù)字技術(shù)、地震學(xué)和物理學(xué)等交叉學(xué)科的運(yùn)用，促使微震監(jiān)測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)外礦山穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方面已經(jīng)成為一種重要手段。1980年代后，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步引入到我國(guó)的深井礦山和高陡邊坡，如冬瓜山銅礦、三河尖煤礦、平煤十一礦、會(huì)澤鉛鋅礦、凡口鉛鋅礦、張馬屯鐵礦、華豐煤礦以及錦屏二級(jí)水電站等工程先后建立了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1-7]，并在巖體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面逐步凸顯出它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在淺埋礦山方面的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。為此，本文以漂塘鎢錫礦作為工程背景，開(kāi)展微震監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的研究，研究結(jié)果可為我國(guó)其他淺埋礦山地壓活動(dòng)的理論研究和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供借鑒。

1 礦山背景

漂塘鎢錫礦有 60多年的開(kāi)采歷史，早期礦區(qū)民采現(xiàn)象嚴(yán)重，且經(jīng)多年的開(kāi)采，已形成了大量的采空區(qū)，加之礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，有東西向、北東至北北東向和北西向，較大斷層有 11條，F(xiàn)3和 F2斷層橫切整個(gè)礦體，斷層相鄰區(qū)域巖層非常破碎，穩(wěn)定性較差，暴露后即產(chǎn)生垮塌。這些礦山的客觀因素，導(dǎo)致近年來(lái)漂塘礦區(qū)地壓活動(dòng)頻繁，已對(duì)礦區(qū)的安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威協(xié)。為此，地壓?jiǎn)栴}已經(jīng)引起了礦山及有關(guān)主管部門(mén)的高度重視，開(kāi)采早期漂塘礦區(qū)采用全站儀、自制的地壓滑尺和較先進(jìn)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀等方法對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在一段時(shí)間以來(lái)，雖然這些傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段為掌握空區(qū)穩(wěn)定性提供了相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在一定程度上對(duì)礦山的安全生產(chǎn)起到了積極作用，但這些監(jiān)測(cè)手段普遍存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滯后，監(jiān)測(cè)范圍覆蓋面窄，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)功能。具體表現(xiàn)為：監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局受限制明顯，難以布置在采空區(qū)巖層移動(dòng)活躍區(qū)域，導(dǎo)致采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)敏感度低；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受外部環(huán)境和采集人員的影響較大，且數(shù)據(jù)的獲取是間斷性的，時(shí)效性差，不能獲得采空區(qū)穩(wěn)定性的真實(shí)有效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)人員必須到地壓活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)，監(jiān)測(cè)人員的安全問(wèn)題得不到保障。

2 微震監(jiān)測(cè)效果分析

漂塘礦區(qū)沿走向方向分為西區(qū)、中區(qū)和東區(qū)，為了控制地壓活動(dòng)，開(kāi)采采用階梯式下降模式，中、西區(qū)下降速度快，西區(qū)I帶礦體和Ⅲ帶礦體受F3斷層、F5斷層影響明顯，中區(qū)偏東區(qū)域礦體受到 F2大斷層橫切等構(gòu)造的影響，結(jié)合近期礦區(qū)地壓活動(dòng)西區(qū)最為明顯，中東區(qū)次之。出于上述采礦活動(dòng)空間分布特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，以礦區(qū)西區(qū)作為地壓活動(dòng)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域，中區(qū)次之，同時(shí)適當(dāng)兼顧東部區(qū)域，構(gòu)建了 41通道的 IMS地壓微震監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。

圖1（a）、圖1（b）分別為328中段313采場(chǎng)相鄰區(qū)域2015年12月、2016年1月累積的事件分布圖，圖2（a）、圖2（b）為對(duì)應(yīng)時(shí)間的事件柱狀圖，通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，2015年12月份328中段313采場(chǎng)相鄰區(qū)域的地壓活動(dòng)平靜，該區(qū)域產(chǎn)生的事件數(shù)少，進(jìn)入2016年1月份后，該區(qū)域產(chǎn)生的事件數(shù)呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，單日事件數(shù)達(dá)到5至7個(gè)，該區(qū)域地壓活動(dòng)逐步呈現(xiàn)活躍趨勢(shì)，尤其是 1月21日單日事件數(shù)達(dá)到了11個(gè)，同時(shí)在1月21日該區(qū)域?qū)?yīng)的累積視體積[8]呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，能量指數(shù)呈現(xiàn)突降趨勢(shì)，見(jiàn)圖3所示，這些特征說(shuō)明328中段對(duì)應(yīng) 313采場(chǎng)相鄰區(qū)域地壓活動(dòng)呈現(xiàn)異常特征，結(jié)合上述考慮，該區(qū)域存在局部失穩(wěn)的概率較大。次日凌晨328中段對(duì)應(yīng)的313采場(chǎng)的鏟運(yùn)機(jī)道出現(xiàn)了失穩(wěn)垮塌。

圖1 328中段313采場(chǎng)相鄰區(qū)域累積的事件分布

圖2 微震事件柱狀圖

圖3 能量指數(shù)與累計(jì)視體積隨時(shí)間演化規(guī)律

由圖4可知，2013年7月份268中段微震事件較為聚集，其中268中段至328中段的0線301采場(chǎng)相鄰區(qū)域即為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，需對(duì)其進(jìn)行地壓活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)測(cè)。

圖5（a）和圖5（b）為2013年6月份和2013年7月份的事件柱狀圖，由圖5（a）可知，在2013年6月初期，268中段至328中段0線的301采場(chǎng)相鄰區(qū)域地壓活動(dòng)較為頻繁，該區(qū)域產(chǎn)生的單日事件數(shù)基本達(dá)到了 10個(gè)，但此時(shí)間段內(nèi)，累計(jì)視體積變化平緩，并沒(méi)有呈現(xiàn)出加速變形趨勢(shì)，同時(shí)這些事件均屬于小震級(jí)事件，這些微震監(jiān)測(cè)指標(biāo)特征表明，這段時(shí)間該區(qū)域微震事件聚集較為明顯，主要是301采場(chǎng)自身的采礦活動(dòng)誘發(fā)了相鄰圍巖應(yīng)力轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致巖體內(nèi)部形成新的微裂隙或原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖4 2013年7月份268中段微震事件分布

圖5 微震事件柱狀圖

圖6 能量指數(shù)、施密特?cái)?shù)與累計(jì)視體積隨時(shí)間演化規(guī)律

在6月中下旬，301采場(chǎng)相鄰區(qū)域二次應(yīng)力調(diào)整結(jié)束，地壓活動(dòng)區(qū)域平靜，直到7月初，301采場(chǎng)地壓活動(dòng)重新活躍，且尤其是7月初至20日，單日事件數(shù)達(dá)到 10個(gè)左右，累計(jì)視體積呈現(xiàn)明顯快速增加現(xiàn)象（見(jiàn)圖6），伴隨能量指數(shù)快速下降，上述種種跡象表明，301采場(chǎng)相鄰區(qū)域巖體穩(wěn)定性明顯降低，巖體存在局部失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，隨后礦山對(duì)301采場(chǎng)相鄰巷道的非穩(wěn)定的巖體進(jìn)行誘導(dǎo)崩落處理，確保了該區(qū)域的安全生產(chǎn)。

綜上可知，漂塘鎢錫礦地壓災(zāi)害發(fā)生前的一些特征指標(biāo)將呈現(xiàn)出異常特征，視體積、能量指數(shù)、事件頻率等適合漂塘鎢錫礦的地壓活動(dòng)特征。值得注意的是，與深井硬巖礦山相比，鎢礦床一般出露地表，采空區(qū)賦存淺，原巖應(yīng)力小，巖體完整性較差，節(jié)理裂隙較發(fā)育，導(dǎo)致巖體介質(zhì)存儲(chǔ)應(yīng)變能的能力小，采空區(qū)發(fā)生地壓災(zāi)害前、后能量釋放量較小，與此同時(shí)，地壓災(zāi)害發(fā)生過(guò)程中沒(méi)有大震級(jí)事件產(chǎn)生，從圖3、圖6中震級(jí)與事件分布可知，地壓災(zāi)害發(fā)生前后，對(duì)應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的最大震級(jí)僅為-1.1級(jí)，這表明鎢礦床采空區(qū)地壓災(zāi)害的發(fā)生可能更多受控于巖體結(jié)構(gòu)面，這與深井硬巖礦山對(duì)應(yīng)的巖爆地壓災(zāi)害微震特征存在本質(zhì)的區(qū)別。

3 結(jié) 論

（1）微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在漂塘鎢錫礦運(yùn)行和監(jiān)測(cè)效果較好，系統(tǒng)能有效監(jiān)測(cè)和記錄采空區(qū)圍巖內(nèi)部微裂隙產(chǎn)生、聚核發(fā)育和擴(kuò)展失穩(wěn)的整個(gè)過(guò)程，為地壓活動(dòng)規(guī)律分析和災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)防提供了基礎(chǔ)。

（2）地壓災(zāi)害發(fā)生前后，視體積、能量指數(shù)、事件頻率等指標(biāo)會(huì)呈現(xiàn)異常突變現(xiàn)象，這些指標(biāo)可以作為地壓災(zāi)害的前兆性特征指標(biāo)。

（3）與深井礦山相比，漂塘鎢錫礦的部分監(jiān)測(cè)指標(biāo)存在明顯弱化現(xiàn)象，地壓災(zāi)害發(fā)生前后，能量釋放突變值的數(shù)量級(jí)較小，沒(méi)有大震級(jí)事件產(chǎn)生，尤其是局部巖體失穩(wěn)中，能量釋放不明顯，這表明鎢礦采空區(qū)地壓災(zāi)害的發(fā)生可能更多受控于巖體結(jié)構(gòu)面。