萬城鉛鋅礦15線礦柱地壓活動(dòng)微震監(jiān)測分析

董開睿，賈永貴 ，彭府華 ，楊 順

(1.萬城商務(wù)東升廟有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾市 015543；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

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萬城鉛鋅礦15線礦柱地壓活動(dòng)微震監(jiān)測分析

董開睿1，賈永貴1，彭府華2，楊 順2

(1.萬城商務(wù)東升廟有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾市 015543；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

萬城鉛鋅礦采用分段空場采礦法，房、柱間隔回采過程將中段礦柱回收，形成了依靠4個(gè)高大礦柱支撐的體積約130萬m3的采空區(qū)，高大礦柱垂直高度最大超過100 m。針對礦柱和采空區(qū)穩(wěn)定性問題，建立了一套18通道微震監(jiān)測系統(tǒng)。簡要概述了礦山工程背景和多通道微震監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，對15線礦柱出現(xiàn)的微震監(jiān)測數(shù)據(jù)異常和地壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行了分析，并制定了相應(yīng)的安全措施，保證了礦山作業(yè)的安全。

微震監(jiān)測；采空區(qū)；高大礦柱；地壓活動(dòng)

1 礦山工程背景

萬城鉛鋅礦地處狼山中段與河套平原接壤地帶。礦體東起0線，西至19線間，主礦體賦存在850 m標(biāo)高以上，礦體總體走向?yàn)楸睎|-南西向，傾向北西，傾角12°～60°。礦體呈似層狀和透鏡狀，厚度幾米到幾十米不等。礦巖以白云石大理巖、絹云石墨片巖與含石墨白云石大理巖為主，斷裂構(gòu)造相對影響較小，圍巖蝕變不發(fā)育，開采技術(shù)條件較好。采礦方法為分段空場采礦法，礦山于2004年投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力70萬t，房、柱間隔回采過程中沒有保留中段礦柱，形成空區(qū)約130萬m3的特大采空區(qū)，單個(gè)采空區(qū)暴露面積超過3500 m2，只有四個(gè)高大連續(xù)礦柱支撐，形成19，15，11和7號(hào)勘探線礦柱垂直高度達(dá)到約40～110 m，如圖1及表1所示。萬城鉛鋅礦礦柱穩(wěn)定性和采空區(qū)穩(wěn)定性問題突出，一旦采空區(qū)失穩(wěn)，采區(qū)受沖擊波的潛在危害極大，為下部礦體的開采帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

表1 萬城鉛鋅礦礦柱及采空區(qū)特征

2 微震監(jiān)測系統(tǒng)簡介

針對萬城鉛鋅礦特大型礦柱和采空區(qū)穩(wěn)定性問題，2013年建立了一套18通道微震監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器布置在7線、11線、15線和19線礦柱的960 m中段、930 m中段、890 m中段與873 m分層。系統(tǒng)主要由地表主服務(wù)器、井下數(shù)據(jù)采集基站和傳感器3個(gè)部分組成，微地震動(dòng)信號(hào)經(jīng)由礦柱內(nèi)傳感器接受并通過前置放大器放大，經(jīng)數(shù)據(jù)采集基站進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后由光纜傳給地表主服務(wù)器，建立了18通道微震監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對礦柱及采空區(qū)穩(wěn)定性的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測，如圖2所示。

圖1 萬城鉛鋅礦礦柱及采空區(qū)空間示意

圖2 萬城鉛鋅礦多通道微震監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3 動(dòng)態(tài)開采過程地壓顯現(xiàn)微震監(jiān)測與誘因分析

3.1 15線礦柱穩(wěn)定性微震監(jiān)測分析

15線礦柱共布置了5個(gè)傳感器，分別為6#、7#、12#、17#和18#傳感器，傳感器布置如圖3所示。

2015年5月份15線礦柱傳感器微震事件活躍，其中873 m中段17#傳感器微震事件數(shù)超出預(yù)警值，圖4和圖5分別為15線礦柱傳感器典型的巖體破裂波形和2015年5月份微震事件水平變化趨勢，可以看出，15線上890 m中段和873 m中段的12#、17#、18#傳感器事件數(shù)一直較為活躍，5月15日17#傳感器微震事件超過預(yù)警值，長沙礦山研究院及萬城鉛鋅礦發(fā)出地壓災(zāi)害預(yù)警，禁止人員和設(shè)備進(jìn)入，此后微震事件數(shù)一直處于較高水平狀態(tài)。

圖3 15線礦柱微震傳感器布置

通過對15線礦柱實(shí)際勘查發(fā)現(xiàn)，在890 m中段15線礦柱內(nèi)臨近3-4采空區(qū)一側(cè)出現(xiàn)局部巖體開裂、垮塌，同時(shí)發(fā)現(xiàn)上盤礦巖石垮落，甚至堆積堵住部分巷道口；在873 m中段3-4采區(qū)邊緣上盤沿脈巷，勘查發(fā)現(xiàn)巷道內(nèi)出現(xiàn)上盤下錯(cuò)裂紋，在15線礦柱臨近3-4采區(qū)也發(fā)現(xiàn)明顯的巖體開裂、片冒現(xiàn)象。

圖4 典型巖體破裂波形

3.2 15線礦柱地壓顯現(xiàn)誘因分析

微震監(jiān)測數(shù)據(jù)和地壓顯現(xiàn)現(xiàn)象均顯現(xiàn)出15線礦柱上盤或靠近上盤區(qū)域的微震數(shù)據(jù)和地壓現(xiàn)象突出，上盤沿脈巷巖體破壞較為顯著，由此可知，此次地壓活動(dòng)為15線礦柱上盤來壓。通過對生產(chǎn)作業(yè)調(diào)查可知，15線礦柱地壓活動(dòng)是由于3-4采場采礦導(dǎo)致的，特別是2015年4月中旬，在873～850 m的東5采場中部偏上盤區(qū)域進(jìn)行了2次中深孔爆破，一方面導(dǎo)致15線礦柱靠近上盤區(qū)域靜高增加、側(cè)限減弱；另一方面該區(qū)域礦體開采導(dǎo)致上盤失去支撐，是15線礦柱出現(xiàn)地壓活動(dòng)的直接誘因。為此礦山制定了以下應(yīng)對措施：

(1) 完善地壓監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，建立應(yīng)急預(yù)案，發(fā)現(xiàn)異常立即撤出本區(qū)及相鄰礦區(qū)井下人員；

(2) 暫時(shí)停止3-4采場爆破作業(yè)，直至微震監(jiān)測數(shù)據(jù)恢復(fù)正常水平；

(3) 加快充填速度，調(diào)整充填方案，優(yōu)先對3-4空區(qū)進(jìn)行充填；

(4) 加強(qiáng)微震監(jiān)測，在此階段將月報(bào)表改為周報(bào)表，必要時(shí)可改為日報(bào)表，同時(shí)加強(qiáng)地壓管理工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門匯報(bào)。

4 結(jié) 語

本文針對萬城鉛鋅礦高大礦柱和采空區(qū)穩(wěn)定性問題，利用建立的18通道全數(shù)字型微震監(jiān)測系統(tǒng)，對15線礦柱動(dòng)態(tài)開采過程地壓活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，分析給出了導(dǎo)致地壓顯現(xiàn)的原因，并制定了相應(yīng)的措施，對礦山的安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

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