田宏海，王東華，劉曉明，馬延平，王云飛，黃艷偉

(1.甘肅鏡鐵山礦業(yè)有限公司，甘肅 張掖 735101；2.長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410083；3.長(zhǎng)沙施瑪特邁科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

0 引 言

隨著多年的資源開(kāi)采，我國(guó)礦產(chǎn)資源大部分已經(jīng)轉(zhuǎn)向地下開(kāi)采，且開(kāi)采深度逐年增加。目前，金屬礦山的開(kāi)采深度集中在1 000 m左右，還有部分礦山正在向著1 500 m的深度進(jìn)行開(kāi)采[1]。開(kāi)采深度的升高，導(dǎo)致由于開(kāi)采活動(dòng)而誘發(fā)的如巖爆等巖體災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響到了礦山的安全生產(chǎn)[2]。為應(yīng)對(duì)礦山頻發(fā)的巖體災(zāi)害，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者研發(fā)了多種方法與技術(shù)，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是其中較為有效的手段之一[3]。

微震監(jiān)測(cè)起源于南非研究人員對(duì)于巖石聲發(fā)射現(xiàn)象與巖爆災(zāi)害相關(guān)性的研究，該項(xiàng)研究證明了利用巖體中的振動(dòng)波實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體災(zāi)害的預(yù)警存在可行性。在此基礎(chǔ)上，國(guó)外多個(gè)礦山開(kāi)始借助于地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)礦震展開(kāi)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行巖體災(zāi)害預(yù)警研究。隨后，國(guó)外開(kāi)始正式開(kāi)發(fā)用于礦山微震監(jiān)測(cè)的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，如南非ISS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、加拿大ESG微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、波蘭SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，并得到廣泛應(yīng)用[4]。我國(guó)則是于20世紀(jì)初才引入微震監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)，唐禮忠等[5]率先在冬瓜山銅礦引入南非ISS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；李庶林等[6]也較早地在凡口鉛鋅礦建立了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并多次進(jìn)行了災(zāi)害預(yù)警和災(zāi)害分析；趙興東等[7]為應(yīng)對(duì)紅透山銅礦頻發(fā)的巖爆等地壓災(zāi)害，于紅透山銅礦引進(jìn)了ISS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2010年后，國(guó)內(nèi)大寶山礦[8]、嶺南金礦[9]和用沙壩礦[10]等紛紛引入并建立了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。相關(guān)微震技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到長(zhǎng)足發(fā)展后，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也不斷涌現(xiàn)。其中，在礦山領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的包括中南大學(xué)、長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司聯(lián)合研發(fā)的MicroSeis微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[11]、中科院武漢巖土所與湖北海震科創(chuàng)技術(shù)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的SSS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[12]等。

鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有三組斷層，礦山巖體結(jié)構(gòu)完整，巖石強(qiáng)度高，受三組斷裂構(gòu)造的影響，開(kāi)采過(guò)程中易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問(wèn)題，巷道內(nèi)片幫冒頂災(zāi)害頻發(fā)，礦山生產(chǎn)安全受到極大威脅。因此，鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦聯(lián)合中南大學(xué)、長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司和長(zhǎng)沙施瑪特邁科技有限公司，引入MicroSeis微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在應(yīng)用過(guò)程中開(kāi)展智能化數(shù)據(jù)處理與分析研究，根據(jù)礦山生產(chǎn)實(shí)況，形成一套有效可靠的災(zāi)害預(yù)警方法。

1 工程概況

樺樹(shù)溝銅礦礦區(qū)距酒泉市60 km，行政區(qū)劃隸屬甘肅省肅南裕固族自治縣祁豐區(qū)管轄，嘉峪關(guān)市綠化火車(chē)站至礦山有火車(chē)專(zhuān)用線(xiàn)相通，行程78 km，交通便利。礦區(qū)位于祁連山褶皺系北祁連加里東褶皺帶西段，東西長(zhǎng)2.5 km，南北寬0.8～1 km。礦區(qū)為一復(fù)式向斜構(gòu)造，走向130°～310°，自東向西傾伏，傾伏角10°～15°，局部可達(dá)28°，含銅礦帶賦存于主向斜北翼FeI礦體下部及下盤(pán)蝕變千枚巖中。

勘探區(qū)范圍內(nèi)有CuⅠ、CuⅡ兩個(gè)主礦體，其中，CuⅠ礦體賦存于含鐵碧玉巖及鐵礦體中，呈隱伏-半隱伏狀產(chǎn)出，最大水平長(zhǎng)度為416.50 m，礦體最大厚度35.07 m，最小厚度1.00 m，平均厚度為8.36 m，厚度變化系數(shù)94.05%，屬厚度較穩(wěn)定礦體；CuⅡ礦體賦存于蝕變千枚巖中，控制最大厚度為18.17 m，最小厚度為0.57 m，平均厚度為3.52 m，厚度變化系數(shù)104.68%，屬厚度變化較均勻的礦體。銅礦體品位變化較均勻，厚度較穩(wěn)定，形態(tài)較簡(jiǎn)單。

礦區(qū)為一套雜色淺變質(zhì)千枚巖夾白色石英巖及透鏡狀灰?guī)r、白云巖，礦體的主要圍巖屬于淺結(jié)晶變質(zhì)的塊狀巖類(lèi)，礦區(qū)地形坡陡嶺峻，地形有利于自然排水。褶皺、斷裂是礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜的主要表現(xiàn)，斷層發(fā)育有三組，一組為平行褶皺軸向的壓性斷層；二組為北西西向壓扭性斷層；三組為以北北東、北北西向張扭性斷層。巖體結(jié)構(gòu)完整，巖石強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，受斷裂構(gòu)造影響，局部地段易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問(wèn)題，巷道內(nèi)片幫冒頂災(zāi)害頻發(fā)。

2 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 MicroSeis微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

MicroSeis微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由長(zhǎng)沙迪邁數(shù)碼科技股份有限公司、中南大學(xué)和長(zhǎng)沙施瑪特邁科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的基于工業(yè)互聯(lián)、云計(jì)算及人工智能等信息技術(shù)的新一代微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，主要包含采集終端(傳感器、采集分站及信號(hào)基站等)、微震云平臺(tái)(地表服務(wù)器、授時(shí)系統(tǒng)、云服務(wù)器等)和軟件服務(wù)端(微震數(shù)據(jù)查詢(xún)與下載、三維可視化、數(shù)據(jù)處理與分析等)等。

圖1 MicroSeis微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.1 Architecture of MicroSeis microseismicmonitoring system

2.2 鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)樺樹(shù)溝銅礦礦區(qū)地質(zhì)條件、采空區(qū)分布情況和巖石力學(xué)特征設(shè)計(jì)并建設(shè)一套多通道微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(總通道數(shù)32通道)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下銅礦2 700 m水平至2 820 m水平采空區(qū)地壓活動(dòng)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)兼顧銅礦采空區(qū)至上盤(pán)V礦體的地壓活動(dòng)情況。

鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)如圖2所示，分別在樺樹(shù)溝銅礦區(qū)2 820 m中段、2 760 m中段、2 700 m中段和2 640 m中段布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)分站，其中，2 820 m中段設(shè)1臺(tái)微震監(jiān)測(cè)分站、6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、6通道；2 760 m中段設(shè)1臺(tái)微震監(jiān)測(cè)分站、10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、10通道；2 700 m中段設(shè)1臺(tái)微震監(jiān)測(cè)分站、13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、13通道；2 640 m中段設(shè)1臺(tái)微震監(jiān)測(cè)分站、3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、3通道，微震監(jiān)測(cè)共計(jì)4臺(tái)基站32通道。

圖2 鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)布置示意圖Fig.2 Arrangement of microseismic monitoring network in Huashugou copper mine,Jingtieshan

2.3 微震定位精度驗(yàn)證

為了準(zhǔn)確獲取樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位精度，需要通過(guò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行主動(dòng)爆破獲得主動(dòng)震源被微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感應(yīng)到，并進(jìn)行爆破震源定位，而爆破震源是預(yù)先設(shè)計(jì)的，即震源已知。至少選擇3個(gè)具有代表性的爆破點(diǎn)，震源傳播路徑覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)巖體，通過(guò)系統(tǒng)定位出3個(gè)人工爆破震源坐標(biāo)。通過(guò)比較人工震源實(shí)測(cè)坐標(biāo)和系統(tǒng)定位坐標(biāo)，確定系統(tǒng)定位誤差水平。

為驗(yàn)證微震定位精度和修正巖體波速，樺樹(shù)溝銅礦分別在3個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行爆破定位測(cè)試，這3個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分別是爆破測(cè)試點(diǎn)1(11 906.672，8 977.055，2 788.251)、爆破測(cè)試點(diǎn)2(12 068.360，8 819.586，2 703.783)及爆破測(cè)試點(diǎn)3(12 111.837，8 714.107，2 649.087)?；诒茰y(cè)試的定位精度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～表3。

表1 爆破測(cè)試點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of blasting test point 1

表2 爆破測(cè)試點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of blasting test point 2

表3 爆破測(cè)試點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of blasting test point 3

3 微震數(shù)據(jù)智能處理

礦山開(kāi)采環(huán)境中的振動(dòng)信號(hào)紛繁復(fù)雜，其中，包括因巖體破裂產(chǎn)生的微震信號(hào)、因爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)，還有諸如電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)等干擾信號(hào)。如圖3所示，因系統(tǒng)采用了高靈敏度的加速度傳感器，鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦自2020年12月2日正式投入使用，一個(gè)月內(nèi)微震系統(tǒng)共觸發(fā)采集了10 371個(gè)記錄，平均334.5個(gè)/d。針對(duì)這些數(shù)據(jù)需要投入大量的人力和時(shí)間去將微震事件辨別出來(lái)，并進(jìn)行降噪、初至拾取、定位及計(jì)算震源參數(shù)，人工處理過(guò)程極大地遲滯了微震監(jiān)測(cè)預(yù)警的時(shí)效性，十分不利于礦山生產(chǎn)安全管控。

圖3 2020年12月鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦微震系統(tǒng)記錄統(tǒng)計(jì)Fig.3 Microseismic records and statistics of Huashugoucopper mine in December 2020

因此，鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦采用了一套基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的微震數(shù)據(jù)智能處理技術(shù)。該智能處理流程主要包括微震事件自動(dòng)識(shí)別、初至窗口快速提取、初至智能拾取。圖4為該數(shù)據(jù)智能處理算法流程示意圖，包含了三個(gè)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，其流程包括：通過(guò)將觸發(fā)的微震記錄轉(zhuǎn)化為11×50的特征矩陣，以特征矩陣為輸入，代入第一個(gè)微震記錄自動(dòng)分類(lèi)深度網(wǎng)絡(luò)，判斷出微震記錄中的微震事件[13]；識(shí)別為微震事件的微震記錄，將波形像素化為500×500的二維矩陣，利用Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)在二維矩陣中識(shí)別出微震事件主體波形的位置，形成微震事件波形的局部窗口[14]；在微震事件波形的局部窗口中利用序列卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)直接在波形上拾取該事件的初至[15]，為后續(xù)的定位及震源參數(shù)的計(jì)算提供基礎(chǔ)。

圖4 微震數(shù)據(jù)智能處理流程與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.4 Intelligent processing process and network architecture of microseismic data

4 巖體災(zāi)害預(yù)警方法

基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的巖體災(zāi)害預(yù)警需要關(guān)注相關(guān)工作面或巷道附近的微震活動(dòng)，再通過(guò)計(jì)算震源參數(shù)來(lái)推測(cè)微震活動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但是，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往是全區(qū)域采集數(shù)據(jù)，礦山的微震數(shù)據(jù)都同時(shí)被采集，很難判斷哪些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)哪些工作面或巷道。因此，利用微震事件預(yù)警巖體災(zāi)害需要依照下列流程：①計(jì)算每個(gè)微震事件的震源參數(shù)，如位置、震級(jí)、能量等；②根據(jù)某個(gè)震源參數(shù)對(duì)微震事件進(jìn)行聚類(lèi)分析，一般采用震源位置；③在聚類(lèi)分析的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)分析各個(gè)區(qū)域的微震活動(dòng)；④依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析判斷各個(gè)區(qū)域的危險(xiǎn)程度，判斷災(zāi)害前兆，進(jìn)行預(yù)警。

4.1 微震事件聚類(lèi)分析

圖5為樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2020年12月2日—2021年1月22日之間采集到的微震事件。由圖5可知，這些數(shù)據(jù)分布散亂且廣泛，僅僅依靠這些數(shù)據(jù)很難進(jìn)行下一步分析，因此需要進(jìn)行聚類(lèi)分析，找出微震活動(dòng)的主要區(qū)域，針對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

圖5 2020年12月2日—2021年1月22日樺樹(shù)溝銅礦的微震活動(dòng)Fig.5 Microseismic acts in Huashugou copper minefrom December 2,2020 to January 22,2021

聚類(lèi)分析是指將散亂的數(shù)據(jù)自動(dòng)劃分成幾類(lèi)的方法，屬于無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，這個(gè)方法要保證同一類(lèi)的數(shù)據(jù)有相似的特征，不同區(qū)域的微震活動(dòng)最相似的特征便是空間分布，因此，可以根據(jù)這些微震事件的震源位置進(jìn)行聚類(lèi)。K-means算法對(duì)于三維歐氏空間中的點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)十分有效，利用該算法進(jìn)行位置事件聚類(lèi)分析，該算法是根據(jù)函數(shù)準(zhǔn)則進(jìn)行分類(lèi)的聚類(lèi)算法，基于使聚類(lèi)準(zhǔn)則函數(shù)最小化。聚類(lèi)準(zhǔn)則函數(shù)是監(jiān)測(cè)區(qū)域中每一個(gè)微震事件到該區(qū)域中心的距離平方和。對(duì)所有M個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的準(zhǔn)則函數(shù)定義公式見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：Sj為第j個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域；Zj為監(jiān)測(cè)區(qū)域中心為；Nj為第j個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域Sj中所包含的微震事件。

K-means算法的聚類(lèi)準(zhǔn)則為選擇一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中心Zk令準(zhǔn)則函數(shù)K極小，也就是使Kk的值極小，可得式(2)。

(2)

設(shè)共有N個(gè)微震事件，計(jì)算步驟如下所述。

1) 任選M個(gè)初始監(jiān)測(cè)區(qū)域中心Z1(1)，Z2(1)，…，ZM(1)，M

2) 按照最短距離原則將剩余微震事件分配到M個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中心中的某一個(gè)，即式(3)。

min{‖X-Zi(m)‖j=1,2,…，M}=

‖X-Zk(m)‖,Xi∈Sk

(3)

式中，m為迭代運(yùn)算的次序號(hào)。

3) 計(jì)算各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中心的新向量值，即以均值向量作為新的監(jiān)測(cè)區(qū)域中心，見(jiàn)式(4)。

Zk(m+1),k=1,2，…,M

(4)

4) 如果Zk(m+1)≠Zk(m)，j=1，2，…，M，則回到步驟2)，將微震事件逐個(gè)重新劃分監(jiān)測(cè)區(qū)域，并重復(fù)迭代計(jì)算，反之，算法收斂，計(jì)算完畢。

按照上述流程，對(duì)樺樹(shù)溝銅礦微震事件進(jìn)行聚類(lèi)分析，可以將該礦分為5個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，聚類(lèi)分析后的分區(qū)結(jié)果如圖6所示。

圖6 樺樹(shù)溝銅礦微震事件聚類(lèi)分析結(jié)果Fig.6 Clustering analysis results of microseismic events in Huashugou copper mine

4.2 分區(qū)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)分析的微震活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以用于巖體災(zāi)害預(yù)警，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以有效反應(yīng)巖體內(nèi)部狀態(tài)的微震參數(shù)主要有微震事件日頻數(shù)、微震事件累積數(shù)目、βn分布及累積能量釋放變化CUFIT模型。其中，微震事件日頻數(shù)和微震事件累積數(shù)目是較為簡(jiǎn)單和直觀的參數(shù)，圖7為樺樹(shù)溝銅礦5個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)各自的微震事件頻數(shù)和累積數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖。

圖7 樺樹(shù)溝銅礦5個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)各自的微震事件日頻數(shù)和微震事件累積數(shù)Fig.7 Daily frequency and cumulative number of microseismic events in Huashugou copper mine

βn分布及累積能量釋放變化CUFIT模型則是較為復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)分析手段，由郭曉強(qiáng)等[16]引入微震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，引入統(tǒng)計(jì)量βn(t,Δt)，描述非齊次泊松過(guò)程中子區(qū)間[t-Δt,t]和過(guò)程的其余部分之間微震活動(dòng)速率的差異程度，t為子區(qū)間的結(jié)束時(shí)間，Δt為子區(qū)間的時(shí)間長(zhǎng)度，βn的表達(dá)式見(jiàn)式(7)。

(7)

式中：n(t,Δt)為子區(qū)間[t-Δt,t]中的微震次數(shù)；N為[0，T]區(qū)間中的微震總數(shù)。

實(shí)際上，式(7)已將區(qū)間[0，T]歸一化為區(qū)間[0，1]，則Δt必定小于1，βn值直接反應(yīng)時(shí)間區(qū)間內(nèi)微震活動(dòng)率的變化，βn值越高、微震活動(dòng)率越大，由微震誘發(fā)災(zāi)害可能性越大。

累積能量釋放變化CUFIT模型是首先定義累積能量釋放與平均值差值的累積過(guò)程，見(jiàn)式(8)。

(8)

然后用最小二乘法作回歸得到一條對(duì)CUSUM曲線(xiàn)擬合的直線(xiàn)，再求其累積擬合差值(CUFIT)，每增加一個(gè)微震事件都進(jìn)行一次新的回歸值計(jì)算，用式(9)計(jì)算CUFIT。

CUFIT=CUSUMi-(ai-1-bi-1i)

(9)

式中：ai-1-bi-1i為對(duì)CUSUMi-1之前所有數(shù)據(jù)作擬合的趨勢(shì)項(xiàng)；CUFIT值等于0，表示某時(shí)間區(qū)間內(nèi)微震能量的平均水平。

4.3 分區(qū)巖體災(zāi)害預(yù)警

綜上所述，通過(guò)對(duì)樺樹(shù)溝微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的微震事件進(jìn)行聚類(lèi)分析和統(tǒng)計(jì)分析，可以進(jìn)行巖體災(zāi)害的預(yù)警。其預(yù)警的主要依據(jù)是通過(guò)微震事件日頻和累積變化判斷該監(jiān)測(cè)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)程度，再針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行βn分布及累積能量釋放變化CUFIT模型的計(jì)算，βn分布分布值大于0時(shí)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警，累積能量釋放變化CUFIT模型明顯高于0時(shí)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。

5 應(yīng)用案例

根據(jù)分析結(jié)果，鏡鐵山樺樹(shù)溝銅礦通過(guò)聚類(lèi)分析可以分為5個(gè)主要監(jiān)測(cè)區(qū)域：分區(qū)一為2 760 m中段整體；分區(qū)二為2 640 m中段銅礦尖滅與鐵礦交界處；分區(qū)三為2 700 m中段與2 760 m中段中的兩個(gè)礦體交界的圍巖；分區(qū)四為2 700 m中段的11號(hào)采場(chǎng)～13號(hào)采場(chǎng)；分區(qū)五則是2 820 m中段的采空區(qū)。圖7為樺樹(shù)溝銅礦五個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)2020年12月2日—2021年1月22日之間的微震事件數(shù)量統(tǒng)計(jì)。由圖7可知，分區(qū)四的微震活動(dòng)性最強(qiáng)，是最值得關(guān)注的區(qū)域。

對(duì)分區(qū)四進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其βn分布及累積能量釋放變化CUFIT模型分別如圖8和圖9所示。由圖8可知， 根據(jù)βn分布， 12月9日發(fā)布預(yù)警， 12月21日預(yù)警解除。由圖9可知，根據(jù)CUFIT模型，12月12日發(fā)布預(yù)警，12月20日預(yù)警解除。因此，根據(jù)最新的微震事件位置得到：2 700 m中段西2探礦巷的3#傳感器和5#傳感器之間及6#傳感器采場(chǎng)附近巷道有可能發(fā)生地壓災(zāi)害，西3探礦巷5采場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有可能發(fā)生地壓災(zāi)害，應(yīng)及時(shí)處理浮石，必要時(shí)進(jìn)行支護(hù)。 根據(jù)實(shí)際情況，在預(yù)警時(shí)間和位置內(nèi)的確發(fā)生了片幫和冒落災(zāi)害，實(shí)拍圖如圖10所示。

圖8 樺樹(shù)溝銅礦分區(qū)四βn分布Fig.8 Distribution of βn of the fourth division in Huashugou copper mine

圖9 樺樹(shù)溝銅礦分區(qū)四CUFIT模型Fig.9 CUFIT model of the fourth division in Huashugou copper mine

圖10 預(yù)警期間發(fā)生的地壓災(zāi)害事件Fig.10 Ground pressure disaster during the early warning

6 結(jié) 論

1) 樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)爆破測(cè)試驗(yàn)證，定位精度均在10 m以?xún)?nèi)，表明系統(tǒng)軟硬件具備較高的可靠性，可以用于地壓災(zāi)害的預(yù)警。

2) 樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了基于深度學(xué)習(xí)的智能化數(shù)據(jù)處理與分析方法，實(shí)現(xiàn)了微震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高精度處理與分析，保證了地壓災(zāi)害預(yù)警的時(shí)效性。

3) 通過(guò)聚類(lèi)分析劃分樺樹(shù)溝銅礦微震監(jiān)測(cè)分區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)分區(qū)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，依靠微震事件日頻數(shù)、微震事件累積數(shù)目、βn分布及累積能量釋放變化CUFIT模型等預(yù)警參數(shù)與方法成功的對(duì)地壓災(zāi)害實(shí)現(xiàn)了預(yù)警，有力保障了礦山的生產(chǎn)安全。