1、宏大爆破有限公司 广东广州 510623；广东省大宝山矿业有限公司 广东韶关 512127
摘要：大宝山矿由于长期地下开采及民窿偷采形成了大量的复杂采空区，对露天生产作业构成了严重威胁。为了确保矿山生产安全，大宝山矿成功地建立了国内先进的32通道IMS微震监测系统。介绍了该系统的组成和技术特点，根据监测数据，对采场的微震事件进行统计、分析、定位，并为施工作业提供安全预警。
关键词：复杂采空区；IMS微震监测；安全预警
1引言
广东省大宝山矿业有限公司建矿于1958年，1975年正式投产。按照矿山早期规划，大宝山矿区铁、铜、铅锌、硫主要是以大型露天的形式开采，在露天开采结束以后，再转入井下开采。上个世纪八十年代，周围民采对井下铜硫铅锌资源进行了掠夺式开采，民窿多达112条，为了治理民采，保护矿产资源，1997年大宝山矿区铜矿露天中止采剥，转入井下开采，形成露天与井下联合开采的格局，并开始对采空区进行处理，但还是远远达不到“采充平衡”的要求，2004年发生了三次大塌方，严重影响到井下安全生产。特别是民采泛滥，在现开采区域即9～51线沿走向1260m地段，形成了大量的采空区。最为密集的区域为 23～292线及33～51线，且采空区面积较大，其中23～292线存在有相互贯穿、重叠的采空区群。另外采空区在水平范围内，其密集程度随着采矿中段的作业程度呈增加趋势，从470m水平至670m水平均有采空区分布。目前已勘探发现的采空区主要分布原井采650和630中段，少数分布在617中段，已扫描发现未处理的采空区共计26个。鉴于大宝山矿面临严峻的采空区安全问题，大宝山矿引进32通道IMS无线微震监测系统，通过采用先进监测科技手段对可能发生的危险进行预警，确保采区的生产安全[1]。
2 微震监测系统简介
2.1微震监测系统组成
大宝山矿微震监测系统为32通道全数字型微震监测系统，2013年从澳大利亚引进。监测系统主要由地下分布式传感器、数据采集系统、地表监测站三部分组成。监测系统每个监测站为一个采集单元，由1~2个传感器、微震信号采集仪、信号处理 器、GPS授时模块及太阳能电源组成。数据传输为无线WIFI传输信号，现场使用方便，受生产影响小。
根据采场空区分布情况共设置9个监测站，覆盖面积11000平方。其中6个监测孔安装1个单分量和1个3分量的传感器，另外2个（8、9）监测站安装1个3分量的传感器。由于4号监测站处于塌方区域，因此迁移至640平硐里安装2个单分量传感器。微震系统布设示意图如下：
图1 监测系统示意图
2.2微震监测技术特点
微震监测技术突破了传统的地压监测手段，多通道微震监测技术具有以下特点。
（1）实现重点监测区域采空区稳定性的全天候实时、连续监测。
（2）实现对微震事件震源的高精度空间定位。
（3）实现监测数据的远传输送和可视化显示技术，实现远程在线监测和远程客户支持。
（4）基于微震参数的采空区稳定性提供安全预警，确保生产安全。
3 微震监测系统应用
3.1微震事件统计
（1）岩石破裂微震单通道触发事件统计
图2 采场微震监测系统传感器布置图
岩石破裂微震单通道触发事件：指岩体破裂释放的能量较小，只能被最近的一个或少数几个传感器感应、接收和触发，不能由定位软件计算出具体破裂位置的事件。
记录方法：统计本周内每日早8：00至第二日早8：00点，对照波形图例（触发少数传感器的为微震事件），采场所有正常工作传感器所接受到E-6m/s及E-3m/s^2级事件，需记录时间，传感器编号，及最大幅值，再由自动统计图表生成模块统计每个传感器被触发的次数及每个传感器被触发后产生的幅值的累计值，并生成图表。日统计图按照日期先后排列如下：
根据统计数据分析，确定微震事件相对较活跃区域，实施预警监控。而对于单通道触发微震事件较少的区域，基于其他矿山的经验值（25个/天，该经验值暂只做参考），实施重点监控。
（2）单通道监测爆破钻孔事件统计
单通道监测爆破钻孔事件：指一次爆破，或多次连续爆破和钻孔震动产生的能量被微震监测系统传感器感应、接收和触发的事件。
记录方法：爆破事件，对照波形图例（一般触发多个传感器），记录第一个触发传感器时间，并统计次数。钻孔事件，对照波形图例，记录第一个触发传感器时间，并统计次数。再由自动统计图表生成模块统计每个传感器被触发的次数并生成图表。日统计图按照日期先后排列如下：
根据统计的数据图表，剔除正常的爆破钻孔触发次数，对其他爆破钻孔活跃区域实施重点监控。
3.2微震事件定位
（1）岩石地压应力释放定位
岩体破裂释放的能量较大，可以被多个传感器感应、接收和触发，接收到的波形P波和S波较明显的，可由定位软件计算出具体破裂位置的事件。
图3 微震事件定位图
（2）爆破钻孔事件定位
指一次爆破，或多次连续爆破产生的能量被多支微震监测系统传感器感应、接收和触发，接收到的波形P波和S波较明显的，可由定位软件计算出具体位置的事件。
图中数字为传感器编号，彩色球为定位的微震事件。根据定位事件数据分析，对于事件密集活跃区域，仍需实施进一步的监测观察，如遇井下再次较大能量爆破影响或其他能量较大的外界因素影响，有再次塌方的可能。圈出的红色覆盖区域，从微震定位事件数据推测，该区域下方可能形成了类似带状的空区群，有较大的应力集中，现场要进行安全检查和警示，生产上避免在该区域附近作业或通行，以免发生不必要的事故。
3.3监控民采
微震监测对井下震动源具有较高精度的定位功能，可以实现对民采盗矿的实时监控，这也是微震技术在该矿使用中的一个辅助功能。自微震监测系统建立以来，大宝山矿已实现了多次对井下盗矿作业的有效监控。通过监控定位，实施精准钻孔勘探民采空区，为露天施工作业提供安全保障。
3.4为边坡整治提供安全技术保障
由于采空区的存在，一旦发生塌陷，则会引起露天采场最终边坡开裂、滑移、塌陷与失稳。微震监测将通过对采空区塑形变形区域的监测与定位来分析空区塌陷对露采的影响范围，通过对露天采场最终边坡稳定性的监测与评价来分析其影响程度。
3.5指导采矿设计施工
微震监测数据能较好地反映出井下由于受采空区塌陷所产生的应力重分布，对危险区域具有较好的定位与圈定作用，这种作用能指导矿山的采矿设计和优化施工工艺。通过微震监测评定危险区域与指导残采设计在该矿的生产实践中取得了很好的应用。
例如图3中红色圈围区域所述，640平硐附件赋存高品位矿体，由于农民的盗采， 使得周边的应力转移集到640平硐上。通过微震监测，给出了应力集中导致的危险区域微震事件源的空间定位，并且，通过进一步的现场勘查，发现640平硐确实产生了明显的地压显现，如岩体破裂声较为频繁、平硐拱顶开裂和岩体片冒等地压显现。根据微震监测结果我们对640平硐正上方实施预留矿体开采，确保640平硐的安全。由此可见，通过微震监测可以很好的指导采矿设计和优化施工方法。
4 结语
多通道微震监测系统对采场实现实时全天候远程在线监测，并对微震事件实施精确定位，在大宝山采空区地压管理、监控民采、指导采矿设计等方面取得了较好的应用效果，对于保证矿山的生产安全起到了重要的作用。
参考文献
[1]尹贤刚，李庶林，黄沛生，等.微震监测系统在矿山安全管理中
的应用研究[J].矿业研究与开发，2006，26（1）：65-68.
[2] 胡静云.特大复杂采空区稳定性微震监测技术理论与应用研究[D]；长沙：长沙矿山研究院；2011年.
[3] 徐炜等.大红山铁矿地压微震监测技术的探讨[J].现代矿业，2012（9）：146-147.
论文作者:黄胜贤1,蓝宇2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/14
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