基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究_圖文

1、第26卷 第4期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) V ol.26 No.42007年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2007基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究楊承祥12，羅周全1，唐禮忠1，(1. 中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2. 安徽銅都銅業(yè)股份有限公司 冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000摘要：簡(jiǎn)要介紹微震監(jiān)測(cè)技術(shù)基本原理及冬瓜山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，運(yùn)用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)冬瓜山礦床首采區(qū)段不同時(shí)段的地壓活動(dòng)集中區(qū)進(jìn)行圈定，采用量化地震學(xué)原理開(kāi)展巖層應(yīng)力變形強(qiáng)度分布研究，揭示開(kāi)采誘

2、發(fā)地壓活動(dòng)的時(shí)空變化規(guī)律，初步評(píng)價(jià)盤(pán)區(qū)隔離礦柱和回采采場(chǎng)的地壓活動(dòng)狀況及穩(wěn)定性。研究表明，地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)的變化與井下采掘活動(dòng)緊密相關(guān)，各地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)與采掘工程施工位置相對(duì)應(yīng)，在時(shí)空上隨采掘活動(dòng)的改變而發(fā)生變化。采場(chǎng)回采區(qū)內(nèi)的地壓活動(dòng)相對(duì)較穩(wěn)定，掘進(jìn)活動(dòng)區(qū)內(nèi)的地壓活動(dòng)分布較分散且隨采掘活動(dòng)的結(jié)束很快減小或消失，目前首采區(qū)段巖層是穩(wěn)定的。實(shí)踐證明，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)為深井礦床開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究提供一種有效技術(shù)手段，研究成果為指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)奠定重要的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：采礦工程；微震監(jiān)測(cè)技術(shù)；深井開(kāi)采；金屬礦山；地壓活動(dòng)中圖分類(lèi)號(hào)：TD 32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10006915(2007

3、04081807STUDY ON RULE OF GEOSTATIC ACTIVITY BASED ON MICROSEISMICMONITORING TECHNIQUE IN DEEP MININGYANG Chengxiang12，LUO Zhouquan1，TANG Lizhong1，(1. School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha ，Hunan 410083，China ；2. Dongguashan Copper Mine，Anhui Tongdu Copper Co.，L

4、td. ，Tongling ，Anhui 244000，China Abstract ：By introducing the basic principle of the microseismic monitoring technique and the components and structure of the ISS microseismic monitoring system used in Dongguashan Mine，the relative concentrating area of the geostatic activities is compartmentalized

5、 in the first mining area of Dongguashan ore deposit within different periods. The system and the principle of the seismology are adopted to study the intensity distribution of the stress and displacement to discover the temporal and spatial change rules of the geostatic activity produced by the min

6、ing and to evaluate the geostatic activity situation and the stability of the insulating pillar and main mining area. The study indicates that the change of the concentrating area of geostatic activity is dependent on the underground mining activities. Every concentrating area is corresponding to th

7、e position of each mining project. The geostatic activity changes in time and space with the change of mining project position accordingly. The geostatic activity within the mining area of stope is relatively stable. The distribution of geostatic activity in excavating area is separate and reduces q

8、uickly or even disappears with the completion of excavation. The rock mass within the first mining area of Dongguashan ore deposit is stable now. The practice proves that the microseismic monitoring technique is an effective method to study the rule of geostatic activity in deep mining. The result s

9、ettles an important base for Dongguashan Mine to produce safely.Key words：mining engineering；microseismic monitoring technique；deep mining；metal mine；geostatic activity收稿日期：20060519；修回日期：20061115基金項(xiàng)目：國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2004BA615A04 ；國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(50490274作者簡(jiǎn)介：楊承祥(1965 ，男，博士，1987年畢業(yè)于中南工業(yè)大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主

10、要從事礦床深井開(kāi)采與災(zāi)害控制方面的研究工作。E-mail ：tlycq第26卷 第4期 楊承祥，等. 基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究 819 1 引 言近十幾年來(lái)，隨著數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地球物理學(xué)和量化地震學(xué)的快速發(fā)展，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)外特別是南非、加拿大等國(guó)的深井礦山中得到了廣泛應(yīng)用1。我國(guó)也有少數(shù)礦山開(kāi)展礦山地壓活動(dòng)的微震監(jiān)測(cè)，如門(mén)頭溝煤礦于20世紀(jì)80年代就采用波蘭SYLOK 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行地壓活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，興隆莊煤礦于21世紀(jì)初采用澳大利亞研制的地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、凡口鉛鋅礦于2004年引進(jìn)加拿大ESG 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)26進(jìn)行地壓活動(dòng)的監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，我國(guó)礦山進(jìn)入深井開(kāi)采已呈必然趨

11、勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，開(kāi)展基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井礦山巖體破壞和地壓活動(dòng)規(guī)律研究顯得迫切而重要。冬瓜山礦床賦存于6901 007 m，主井深度為1 120 m(+951 025 m，具有原巖應(yīng)力高(38 MPa 、巖溫高(39 、存在巖爆傾向等復(fù)雜開(kāi)采技術(shù)條件，是國(guó)內(nèi)目前開(kāi)采深度達(dá)到1 000 m的大型深埋銅礦山之一，屬典型的深井開(kāi)采礦山7。為保證礦山高效安全開(kāi)采，“十五”期間，“深井巖爆與地壓監(jiān)測(cè)及控制技術(shù)研究”課題組引進(jìn)南非ISS 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立了以微震監(jiān)測(cè)為主的巖爆與地壓綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)展對(duì)巖體應(yīng)力活動(dòng)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集巖體活動(dòng)的振動(dòng)波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行地震學(xué)處理、分析和可視化研究，初步揭示

12、了礦床因開(kāi)采引起的巖體應(yīng)力活動(dòng)和變形規(guī)律。2 微震監(jiān)測(cè)基本原理大量研究資料表明，巖體在破壞之前，必然持續(xù)一段時(shí)間以聲波的形式釋放積蓄的能量。礦床開(kāi)采活動(dòng)在巖體中引起彈性變形和非彈性變形，在巖體中積蓄的彈性勢(shì)能在非彈性變形過(guò)程中以震動(dòng)波的形式被逐步或突然釋放出去，這種能量釋放的強(qiáng)度，隨著結(jié)構(gòu)臨近失穩(wěn)而變化，導(dǎo)致巖體內(nèi)部發(fā)生微震(microseismos，MS 事件。這種通過(guò)分析微震事件產(chǎn)生的信號(hào)(位置、震級(jí)等參數(shù) 特征，推斷開(kāi)挖過(guò)程中的巖體狀態(tài)和礦巖的力學(xué)行為，估測(cè)礦巖是否發(fā)生破壞，以實(shí)現(xiàn)防止、控制或預(yù)測(cè)潛在的不穩(wěn)定巖體，從而避免危險(xiǎn)事故發(fā)生的技術(shù)，稱(chēng)為微震監(jiān)測(cè)技術(shù)8。微震信號(hào)的特征取決于震源性

13、質(zhì)、所經(jīng)巖體性質(zhì)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)到震源的距離等。描述微震事件采用定量地震學(xué)方法。在震源周?chē)贾靡欢〝?shù)量的傳感器，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)巖體內(nèi)出現(xiàn)微震時(shí)，傳感器即可將由巖體內(nèi)部破壞處所產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)拾取，通過(guò)多點(diǎn)同步數(shù)據(jù)采集測(cè)定各傳感器接收到該信號(hào)的時(shí)刻，連同各傳感器坐標(biāo)及所測(cè)波速代入非線(xiàn)性方程：LOC j (x =t j t 0T j (h (1式中：t j 為在測(cè)點(diǎn)j 所觀測(cè)到事件的P 波或S 波的到時(shí)時(shí)間，t 0為該事件的未知震源時(shí)間，T j (h 為P 波或S 波傳播到第j 測(cè)點(diǎn)的未知傳播時(shí)間，LOC j (x 為觀測(cè)到時(shí)時(shí)間t j 與計(jì)算到時(shí)時(shí)間t 0+T j (h 之差。通過(guò)求解5個(gè)以上方程構(gòu)

14、成方程組的唯一解，可確定震源的時(shí)空參數(shù)，達(dá)到定位之目的。礦床開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力集中。要監(jiān)測(cè)巖體對(duì)開(kāi)采的反應(yīng)，就必須連續(xù)不斷地在時(shí)間和空間上量化描述應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)流動(dòng)變化的參數(shù)。地震事件分析是對(duì)出現(xiàn)于一定體積V 和一定時(shí)間t 內(nèi)的許多地震事件數(shù)量和強(qiáng)度的分析。常采用4個(gè)獨(dú)立的地震活動(dòng)參數(shù)(E ，M ， 的對(duì)數(shù)形式對(duì)地震活動(dòng)進(jìn)行量化和定義。其中，為事件間的平均時(shí)間，為相臨事件之間的平均距離(包括震源大小 ，M 為地震矩的和，E 為發(fā)射能量的和。由這4個(gè)基本量可以推得十幾個(gè)地震參數(shù)，如地震應(yīng)變s 、地震應(yīng)力s 、視體積V A 、地震Schmidt 數(shù)Sc s 等。這些參數(shù)描述了同震變形及其相關(guān)的應(yīng)變率

15、、應(yīng)力和流變特性的統(tǒng)計(jì)特性。與本文相關(guān)的主要參數(shù)和公式為lg E (ergs = 2.4m + 5.8 (2m =23lg M 6. 1 (3A =E /(A (4V A =M /(c 3A =M 2/(c 3GE (5式中：m 為震級(jí)；E 為發(fā)射的地震能(J；A 為視應(yīng)力(Pa； 為震源處的平均位移(m；A 為震源面積(m2 ；c 3為尺寸因素，且c 32；G 為剛度；M 為地震矩(N·m 。3 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)冬瓜山微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件系統(tǒng)包括地震傳感器(sensor、數(shù)據(jù)采集單元地震儀(quake seismometer，QS 、井下通信控制中心(seism

16、ic·820· 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2007年controller 、地面監(jiān)測(cè)控制中心、終端用戶(hù)計(jì)算機(jī)及通訊電源電纜。軟件系統(tǒng)包括控制和管理微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制軟件(RTS；對(duì)采集的波形進(jìn)行地震波波形分析、處理和參數(shù)計(jì)算，提供地震學(xué)分析平臺(tái)的地震學(xué)分析軟件(JMTS；以及在三維窗口中顯示對(duì)采集地震數(shù)據(jù)分析的各類(lèi)圖像，提供多種參數(shù)的時(shí)間序列曲線(xiàn)和圖表，滿(mǎn)足不同空間和時(shí)間范圍地震活動(dòng)研究需要的微震事件可視化解釋分析軟件采用尾砂膠結(jié)充填，礦柱采場(chǎng)用尾砂充填。首采區(qū) 段劃分4個(gè)盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)和采場(chǎng)分布見(jiàn)圖2。2004年開(kāi)始回采，至2006年9月，522#，526#，528#采場(chǎng)已回采

17、結(jié)束，但尚未充填。雖然采動(dòng)范圍大，但采空區(qū)體積較小且相對(duì)孤立?；夭蓞^(qū)域主要集中于1#2#盤(pán)區(qū)南端，掘進(jìn)工作主要是礦體上部的鑿巖硐室施工和礦體底部的巷道掘進(jìn)和拉底工程施工。 4.2 地壓活動(dòng)時(shí)空變化及相對(duì)集中區(qū)圈定由于礦山在不同空間區(qū)域和時(shí)間段進(jìn)行不同工序的開(kāi)采活動(dòng)，為揭示地壓活動(dòng)的時(shí)空變化規(guī)律，有必要進(jìn)行地壓活動(dòng)的時(shí)空特征分析1015(JDI6。微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由16個(gè)傳感器、4個(gè)QS 、1個(gè)地震儀轉(zhuǎn)發(fā)器(QS_Rep、1個(gè)地下控制器、1個(gè)地表監(jiān)測(cè)控制中心及與之相連的通訊電纜組成9。每個(gè)QS 連接4個(gè)傳感器，其中3個(gè)為一維傳感器，1個(gè)為三維傳感器。各傳感器采集地震模擬信

18、號(hào)通過(guò)QS 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)骄峦ㄐ趴刂浦行?，再通過(guò)光纜傳輸?shù)降乇肀O(jiān)測(cè)控制中心進(jìn)行處理和分析。該系統(tǒng)的有效監(jiān)測(cè)范圍為600 m×400 m×220 m，礦床首采區(qū)域震源定位誤差10 m，系統(tǒng)靈敏度為2.0里氏震級(jí)。結(jié)合礦山實(shí)際開(kāi)采情況，按月劃分時(shí)間段進(jìn)行地壓活動(dòng)分析。這里僅以2005年9月和2006年1月的地壓活動(dòng)分布及其集中區(qū)圈定來(lái)說(shuō)明研究過(guò)程和結(jié)果。圖3(a，(b分別是2005年9月微震事件空間三維分布透視圖及其水平投影圖。采用系統(tǒng)中JDI 軟件在圖3中對(duì)首采區(qū)域地震事件進(jìn)行地壓活動(dòng)集中區(qū)圈定，圖3(c給出首采區(qū)地震事件及其空間范圍，圖3(d為地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)在水

19、平面上的投影范圍(線(xiàn)圈所圍區(qū)域 。從圖中可清晰看出地壓活動(dòng)相對(duì)比較集中的區(qū)域，集中區(qū)較小且比較分散。圖中球體表示地震事件，球的位置為地震震源位置，球的大小為地震矩對(duì)數(shù)，球的顏色由深到淺分別表示地震事件發(fā)生的先后時(shí)間。一個(gè)地震事件也可由像素點(diǎn)、圓圈、砂漏等符號(hào)表示，其大小可由不同的地震參數(shù)如震級(jí)、地震矩、震源半徑、視應(yīng)力、釋放的能量等多種參數(shù)表示，同樣，球體的4 地壓活動(dòng)規(guī)律研究4.1 首采區(qū)段采掘活動(dòng)冬瓜山礦床首采區(qū)段用階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法開(kāi)采。礦體緩傾斜，沿礦體走向劃分盤(pán)區(qū)，盤(pán)區(qū)之間暫留隔離礦柱，其寬度為18 m。沿盤(pán)區(qū)長(zhǎng)度方向劃分采場(chǎng)，礦房采場(chǎng)長(zhǎng)82 m，礦柱采場(chǎng)長(zhǎng)78 m，采場(chǎng)寬均為1

20、8 m。先采礦房，后采礦柱，礦房采場(chǎng)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)客戶(hù)端計(jì)算機(jī) (信息中心局域網(wǎng)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控軟件SuSE 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)地震學(xué)分析軟件 可視化解釋分析軟件地表 地下光纜QS1670 m水平730 m水平QS2875 m水平QS4井下通信控制中心單對(duì)銅絞線(xiàn)875 m水平單對(duì)銅絞線(xiàn)730 m水平單對(duì)銅絞線(xiàn)QS3875 m水平QS Repeater單對(duì)銅絞線(xiàn)單對(duì)銅絞線(xiàn)圖1 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)Fig.1 Components and structure of microseismic monitoring system第26卷 第4期 楊承祥，等. 基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究

21、821 注：圖2中4個(gè)角上的數(shù)字是礦區(qū)地理坐標(biāo)；單位：m圖2 首采區(qū)段盤(pán)區(qū)和采場(chǎng)分布Fig.2 Layout of panels and stopes in the first mining area (a 微震事件空間分布透視圖 (b 地壓集中區(qū)水平投影圖(c 微震事件空間分布范圍 (d 地壓集中區(qū)水平投影范圍52線(xiàn)圖4 不同時(shí)段地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)變化 Fig.4 Change of relatively concentrating area of geostaticactivity in different periods活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)發(fā)生了明顯的變化。對(duì)比井下采掘活動(dòng)記錄可知，地壓活動(dòng)相

22、對(duì)集中區(qū)的變化與井下采掘活動(dòng)緊密相關(guān)，各地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)與采掘工程位置相對(duì)應(yīng)。首采區(qū)各個(gè)地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)之間相對(duì)獨(dú)立，表示地壓活動(dòng)較弱，采掘活動(dòng)引起巖層活動(dòng)之間的相互影響小。 4.3 巖層應(yīng)力及變形強(qiáng)度分布采用地震學(xué)參數(shù)平面震源上的平均位移( 和視應(yīng)力(A ，在水平面上分別繪制和lg A 的等值線(xiàn)圖，研究其分布特征，分析首采區(qū)段巖層應(yīng)力和變形及其強(qiáng)度分布。這里仍以2005年9月和2006年1月2個(gè)時(shí)段的地壓活動(dòng)研究為例加以討論。圖3 2005年9月地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)Fig.3 Relatively concentrating area of geostatic activitiesin S

23、ept. 2005顏色亦可用于表達(dá)其他地震參數(shù)。采用同樣的方法可獲得2006年1月的地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)的空間分布及其在水平面上的投影范圍。把2005年9月和2006年1月的地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)重疊后如圖4所示，其中2005年9月的地壓活動(dòng)相對(duì)集中區(qū)范圍線(xiàn)用實(shí)線(xiàn)表示。顯然，地壓·822· 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2007年圖5是2005年9月首采區(qū)段的和lg A 等值線(xiàn)圖。從圖5(a可以看出，井下采掘引起的位移分布靠近52與53線(xiàn)的回采區(qū)、盤(pán)區(qū)北部和東部區(qū)域。最大位移集中區(qū)域位于528#采場(chǎng)的53線(xiàn)頂板巖體，位移約為0.04 m，其他位移區(qū)的位移都小于0.01 m，發(fā)生在首采區(qū)域采

24、掘范圍附近。這些變形與這期間采場(chǎng)頂板鑿巖和采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)施工以及回采爆破有關(guān)。圖5(b表明，較大的視應(yīng)力主要分布于采場(chǎng)開(kāi)采活動(dòng)區(qū)，其量值大約為5.8 Pa。值得注意的是，在56線(xiàn)8#10#采場(chǎng)隔離礦柱附近引起了較大的視應(yīng)力集中區(qū)，量值約為8.3 Pa。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該處掘進(jìn)巖石為有巖爆傾向的石英閃長(zhǎng)巖，地質(zhì)鉆機(jī)在此附近進(jìn)行探礦活動(dòng)。結(jié)合位移分布可以看出，應(yīng)力釋放除在很小的范圍內(nèi)引起較大位移外，在絕大部分范圍內(nèi)并沒(méi)有產(chǎn)生明顯的位移，說(shuō)明其量值并不高。56線(xiàn)附近局部出現(xiàn)的視應(yīng)力集中區(qū)與該處的位移發(fā)生區(qū)基本吻合，說(shuō)明有一定的位移，但位移并不大。 (a (單位：m (b lgA (單位：Pa圖5 20

25、05年9月巖體應(yīng)力及平均位移等值線(xiàn)圖 Fig.5 Isograms of and lgA in the first mining area in Sept.2005圖6是2006年1月首采區(qū)段的和lg A 等值線(xiàn)圖。對(duì)比圖6(a與圖5(a可以看出，該時(shí)間段內(nèi)首采區(qū)段位移有兩個(gè)特點(diǎn)：一是發(fā)生位移的區(qū)域縮小了，說(shuō)明位移區(qū)域發(fā)生了明顯變化；二是回采范圍發(fā)生較大位移區(qū)內(nèi)位移增大到0.046 m。比較圖6(b與圖5(b可以看出，仍然有兩個(gè)相對(duì)較大的應(yīng)力集中區(qū)，其中量值較大的集中區(qū)位于回采范圍內(nèi)，但該集中區(qū)的范圍相對(duì)較小，視應(yīng)力有所下降，量值分別約為5.2和5.9 Pa?；夭蓞^(qū)域應(yīng)力主要集中在采場(chǎng)位置，最

26、大應(yīng)力集中區(qū)在有巖爆傾向的石英閃長(zhǎng)巖中。上述分析表明，通過(guò)地震位移和視應(yīng)力參數(shù)可了解首采區(qū)段巖層應(yīng)力和變形大小的變化及其分布，利用其等值線(xiàn)圖可以明確劃分巖層變形和應(yīng)力 (a (單位：m (b lgA (單位：Pa圖6 2006年1月巖體應(yīng)力及平均位移等值線(xiàn)圖 Fig.6 Isograms of and lgA in the first mining area in Jan. 2006分布集中區(qū)域。首采區(qū)段目前應(yīng)力和位移活動(dòng)區(qū)主要分布于回采和掘進(jìn)作業(yè)區(qū)域，相對(duì)而言，位移較大的區(qū)域主要集中于回采區(qū)，掘進(jìn)區(qū)位移作業(yè)一旦結(jié)束位移就停止。此外，應(yīng)力和變形是波動(dòng)的，并不是隨著開(kāi)采的進(jìn)行一定會(huì)增大，也存在減

27、小的變化。 4.4 盤(pán)區(qū)隔離礦柱應(yīng)力及變形研究監(jiān)測(cè)盤(pán)區(qū)礦柱的應(yīng)力活動(dòng)和穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)礦區(qū)安全生產(chǎn)具有重要意義。目前，采場(chǎng)回采活動(dòng)主要分布于54線(xiàn)隔離礦柱兩側(cè)，因此有必要對(duì)54線(xiàn)隔離礦柱圍巖中的應(yīng)力和變形及其分布進(jìn)行研究。繪制不同時(shí)段內(nèi)隔離礦柱巖體的位移、視應(yīng)力對(duì)數(shù)lg A 、累積視體積(cumulative apparentvolume ，CA V 半徑等值線(xiàn)圖，分析不同時(shí)間段內(nèi)隔離礦柱巖體的應(yīng)力和變形分布。圖7為2006年6月30日前90 d和前300 d隔離礦柱中的位移與lg A 等值線(xiàn)圖、位移與CA V 半徑等值線(xiàn)圖。從前300 d的累積圖形來(lái)看，位移總量較小，最大值為0.015 m。相對(duì)較

28、大的累積位移主要分布在526#527#采場(chǎng)和545#546#采場(chǎng)區(qū)域，且靠近采場(chǎng)的頂板巖層，這是由該區(qū)域采場(chǎng)回采比較集中所致；另外，在采場(chǎng)的西北端開(kāi)挖及其變形引起的位移也較大。最大視應(yīng)力位于隔離礦柱的WN 端，量值為5.6 Pa。結(jié)合位移分布特征和累積視體積分布特征，說(shuō)明該區(qū)域巖體位移由該區(qū)域井巷圍巖應(yīng)力集中形成。從長(zhǎng)期來(lái)看，累積視體積約等于被開(kāi)挖出的巖體體積，顯然，最大累積視體積集中于回采區(qū)。從圖7可以看出，不同時(shí)間段內(nèi)位移、視應(yīng)力和累積視體積的空間和強(qiáng)度分布發(fā)生了明顯變化，到后期(前90 d，隔離礦柱WN 端應(yīng)力、視位移及累積視體積都減小或消失了，進(jìn)一步證明隔離礦柱WN 端的地壓活動(dòng)及巖層

29、應(yīng)力和變形是由井巷掘進(jìn)所引起。第 26 卷 第 4 期 楊承祥，等. 基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的深井開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究 823 (a 前 300 d 位移和視應(yīng)力等值線(xiàn)圖 (b 前 300 d 位移和 CAV 半徑等值線(xiàn)圖 (c 前 90 d 位移和視應(yīng)力對(duì)數(shù)等值線(xiàn)圖 (d 前 90 d 位移和 CAV 半徑等值線(xiàn)圖 Fig.7 圖 7 隔離礦柱應(yīng)力及變形分布(位移單位：m；應(yīng)力單位：Pa Distributions of stress and displacement of insulating pillar(unit of displacement：m；unit of stress：Pa 4.5

30、 采場(chǎng)圍巖地壓活動(dòng)研究 用分析隔離礦柱的方法對(duì) 522#試驗(yàn)采場(chǎng)進(jìn)行 地壓活動(dòng)研究。圖 8 是系統(tǒng)運(yùn)行(2005 年 9 月 1 日 起30，90 和 300 d 后，522#采場(chǎng)縱剖面上的圍巖 應(yīng)力和位移分布圖。從圖中可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行后 30 d 內(nèi)產(chǎn)生位移的范圍較小，且集中于采場(chǎng)的上下 端；隨著開(kāi)采的進(jìn)行，產(chǎn)生位移的范圍從該位置沿 底部結(jié)構(gòu)水平逐漸擴(kuò)大， 但是累積位移量變化不大， 量值小于 0.003 m。圍巖應(yīng)力變化相對(duì)比較明顯，與 采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程密切相關(guān)，隨著開(kāi)挖體積不斷增大， 視應(yīng)力集中區(qū)范圍擴(kuò)大，其量值增大，但最大視應(yīng) 力值并不隨其增大，相反還減小，30 d 為 8.5 Pa， 9

31、0 d 為 8.0 Pa，300 d 為 6.0 Pa。從位移和視應(yīng)力變 化范圍可看出，開(kāi)挖過(guò)程中巖體的狀態(tài)，產(chǎn)生位移 和應(yīng)力的范圍在擴(kuò)大，對(duì)周?chē)鷰r體影響在增強(qiáng)。位 移和視應(yīng)力量值較小，說(shuō)明采場(chǎng)的地壓活動(dòng)較弱， 采場(chǎng)的巖層是穩(wěn)定的。 (b 系統(tǒng)運(yùn)行后 90 d (c 系統(tǒng)運(yùn)行后 300 d 圖8 (a 系統(tǒng)運(yùn)行后 30 d 522#采場(chǎng)縱剖面上的圍巖應(yīng)力和位移分布(位移單 位：m；應(yīng)力單位：Pa Fig.8 Distributions of stress and displacement of rockmass on longitudinal section of stope #522(uni

32、t of displacement：m；unit of stress：Pa ·824· 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2007 年 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2002 ， 5 結(jié)論與建議 6 21(Supp.2：2 6092 612.(in Chinese 趙向東，王育平，陳 波，等. 微地震研究及在深部采動(dòng)圍巖監(jiān)測(cè) 中的應(yīng)用J. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版，2003，26(3：363 367.(ZHAO Xiangdong，WANG Yuping，CHEN Bo，et al. On the micros

33、eismic technology and its application to monitoring of rock stability in deep mine caving processesJ. Journal of Hefei University of Technology(Natural Science， 2003， 26(3： 363367.(in Chinese 7 楊承祥，羅周全. 深井高應(yīng)力高溫緩傾斜礦床開(kāi)采技術(shù)研究J. 金 屬礦山，2005，(4：710.(YANG Chengxiang，LUO Zhouquan. Research on mining technolo

34、gy for high stress high stress and high temperature gently in inclined deep depositJ. Metal Mine， 2005， (4： 710.(in Chinese 8 MENDECKI A J. Seismic monitoring in minesM. London，UK： Chapman and Hall Press，1997. 9 唐禮忠，楊承祥，潘長(zhǎng)良. 大規(guī)模深井開(kāi)采微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站網(wǎng)布置 優(yōu)化J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(10：2 0362 042.(TANG Lizhong，YANG C

35、hengxiang，PAN Changliang. Optimization of microseismic monitoring network for large-scale deep well miningJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25(10： 2 0362 042.(in Chinese 10 EBRAHIM-TROLLOPE R，JOOSTE Y. Seismic hazard quantifycationC/ POTVIN Y，HUDYMA M ed. Controlling Seismic

36、Risk， Proc. of the 6th International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mines. Nedlands：Australian Centre for Geomechanics Press，2005： 157164. (1 冬瓜山數(shù)字化微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究初步 揭示了現(xiàn)有開(kāi)采條件下首采區(qū)段地壓活動(dòng)的規(guī)律。 研究表明，首采區(qū)段應(yīng)力和位移活動(dòng)區(qū)主要分布在 回采和掘進(jìn)作業(yè)區(qū)域。 (2 目前的地壓活動(dòng)主要由采掘活動(dòng)引起，各 地壓活動(dòng)集中區(qū)與采掘工程相對(duì)應(yīng)，在時(shí)空上隨采 掘活動(dòng)的改變而發(fā)生變化；累積位移量和應(yīng)力都較 小，說(shuō)明

37、地壓活動(dòng)較弱，總體來(lái)看，巖層是穩(wěn)定的。 (3 基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)礦床開(kāi)采誘發(fā)的地壓活 動(dòng)規(guī)律研究有待于進(jìn)一步深入。需要不斷開(kāi)展微震 事件的震源空間分布、震級(jí)、事件發(fā)生頻率等與地 質(zhì)構(gòu)造及開(kāi)挖過(guò)程之間的關(guān)系研究，地壓活動(dòng)和深 井圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)的特征及變化形式研究，預(yù)測(cè) 巖爆和地壓危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度等研究。實(shí)踐證明， 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)為深井礦床開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律研究提 供了一種有效技術(shù)手段?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著研究工作 的深入，該方法可為采取合理有效的措施控制礦山 工程巖體破壞與巖爆地壓災(zāi)害提供依據(jù)，研究成果 可為指導(dǎo)礦山安全高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)(References： 1 ORTLEPP W D. R

38、aSiM comes of agea review of the contribution to the understanding and control of mine rockburstsC/ POTVIN Y， HUDYMA M ed. Controlling Seismic Risk ， Proc. of the 6th International Symposium on Rockburst and Seismicity in Mine. Nedlands：Australian Centre for Geomechanics Press，2005：320. 2 魯振華，張連成. 門(mén)

39、頭溝礦微震的近場(chǎng)監(jiān)測(cè)效能評(píng)估J. 地震， 1989，(5：3239.(LU Zhenhua，ZHANG Liancheng. Evaluation of efficiency of near field microseismic monitoring in Mentougou MineJ. Earthquake，1989，(5：3239.(in Chinese 3 姜福興， XUN Luo. 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在礦井巖層破裂監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用J. 巖土工程學(xué)報(bào)，2002，24(2：147149.(JIANG Fuxing，XUN Luo， Application of microseismic monit

40、oring technology of strata fracturing to underground coal mineJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2002，24(2：147149.(in Chinese 4 李庶林，尹賢剛，鄭文達(dá)，等. 凡口鉛鋅礦多通道微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其 應(yīng)用研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(12：2 0482 053.(LI Shulin ， YIN Xiangang ， ZHENG Wenda ， et al. Research on multi-channel microseismic monitoring system and its application to Fankou Lead-zinc MineJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2005，24(12：2 0482 053.(in Chinese 5 趙向東，陳 波，姜福興. 微地震工程應(yīng)用研究J. 巖石力學(xué)與工 程學(xué)報(bào)， 2002， 21(增 2： 6092 612.(ZHAO Xian