王學敏 葉爾布蘭·瓦黑提 石峰

（1.新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司，新疆哈密 839000；2.哈密市職業(yè)安全檢驗檢測中心，新疆哈密 839000；3.礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

黃山銅鎳礦初步設計推薦無底柱分段崩落采礦法作為主要采礦方法。設計生產(chǎn)能力為4000t/d，主要開采30#礦體。在30#礦體回采過程中易造成上部采空區(qū)空頂距過大，與32#礦體采區(qū)的空區(qū)間柱薄，可能貫通。

為了掌握采空區(qū)頂板的冒落規(guī)律和冒落范圍，監(jiān)測和預警采空區(qū)冒落和井下地壓活動，在空區(qū)頂板冒落時對采空區(qū)進行監(jiān)測，形成一套適用于黃山銅鎳礦的先進、可靠、高效的實時在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過監(jiān)測，實現(xiàn)對采空區(qū)頂板巖體裂隙發(fā)育規(guī)律、空區(qū)變化、潛在的危險源進行監(jiān)測、預警，用于指導礦山安全生產(chǎn)。

鑒于以上原因，建立了微震在線監(jiān)測系統(tǒng)，對530m、450m、350m中段巖體進行監(jiān)測。在地表、井下中段共布設8個單分量微震傳感器。

2 基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)的頂板崩落規(guī)律分析

統(tǒng)計2020 年1 月至2021 年4 月530m 水平上覆采空區(qū)及地表附近監(jiān)測到的微震事件，空間分布如圖1 所示。由圖可知，隨著30#礦體逐漸開采完畢，530m 上覆采空區(qū)頂板不斷向上崩落，目前崩落高度大約為700m，并逐漸向東南部傾斜。頂板不斷向上崩落，引起地表塌陷，地表附近微震事件向32#塌陷坑傾斜。

統(tǒng)計監(jiān)測系統(tǒng)自建成以來系統(tǒng)監(jiān)測到所有微震事件，如圖2所示，對頂板崩落與地表破裂范圍分析，圈定崩落邊界。從圖可以看出，地表破裂和頂板破裂范圍正在逐漸貫通，并有逐漸完全貫通趨勢。礦山技術人員應加強對地表區(qū)域的監(jiān)測與無人機巡查以及塌陷區(qū)的管理，禁止任何人員及設備進入地表塌陷區(qū)，保障生產(chǎn)安全。

圖1 頂板崩落規(guī)律（2020年1月～2021年4月）

圖2 頂板垮落與地表破裂范圍

3 地表破裂及沉降變化分析

2020年度監(jiān)測到的微震事件空間分布與地表無人機掃描結果對比分析，如圖3所示。對比2020年9月與2021年2月地表無人機掃描結果，可知32#塌陷坑東南部出現(xiàn)新增裂縫，且原有裂縫變大（見圖4），與微震事件主要分布在礦體東南部相吻合。此外，在30#礦體東北部微震事件呈條帶狀分布，現(xiàn)場觀測到32#塌陷坑東部臺階下沉變大。此外，還監(jiān)測到微震事件有向32#塌陷坑傾斜趨勢，呈“西北低、東南高”趨勢，均與地表無人機掃描結果相一致。

圖3 微震事件空間分布與地表變化對比

圖4 地表變化

4 微震事件b值特征分析

b值概念源于地震學，是描述震級頻率中震級大小相對關系中的一個參量，表達式如下：

lgn(M)=a-bM

式中，M 為地震震級，n(M)為以該震級為中心的一定范圍內某時間段內發(fā)生的地震次數(shù)。a 為某時間段內的地震活動水平，b則表征某時間段內大震級與小震級是相對占比。b 值越大，小震級事件居多。如圖5 所示，為礦山某2 周時間段內b 值，為典型的G-R 關系曲線，直線為擬合曲線，圓點為實測值。該時間段內微震事件b值為1.818，較一般參考值較大，預示未來小震級事件居多，表明此狀態(tài)巖體處于穩(wěn)定階段。而巖體大尺度破壞等動力災害發(fā)生時，內部大尺度破裂逐漸增多，即微震大事件增多，導致b值下降。因此，b 值可以較好的反應巖體應力狀態(tài)，可作為巖體動力災害預警的一個重要參考值。

圖5 震級與事件數(shù)關系

以每兩周為統(tǒng)計周期，計算2020 年11 月至2021年4 月期間地表附近微震事件b 值，b 值曲線如圖6所示。由圖可知該期間b 值大多為參考值1 以下，數(shù)值較小，預示著接下來大震級微震事件將會占比增多，地表開裂及沉降將進一步發(fā)展，建議繼續(xù)加強對地表塌陷區(qū)，尤其是32#塌陷坑東南部裂縫以及地表沉降的監(jiān)測、現(xiàn)場無人機巡查掃描及三維模型沉降分析，加強對塌陷區(qū)的管理，保障生產(chǎn)安全。

圖6 地表附近微震事件b值

5 結論

隨著30#礦體逐漸開采完畢，530m 上覆采空區(qū)頂板不斷向上崩落，目前崩落高度大約為700m，并逐漸向東南部傾斜。由于頂板不斷崩落，引起地表塌陷，地表附近微震事件向32#塌陷坑傾斜。此外，對比地表無人機掃描結果，可知32#塌陷坑東南部出現(xiàn)新增裂縫，且原有裂縫變大，與微震事件主要分布在礦體東南部相吻合。通過分析地表附近微震事件b值，預測地表開裂及沉降將進一步發(fā)展。