基于微震监测的大范围破裂矿柱稳定性评价

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1、基于微震监测的大范围破裂矿柱稳定性评价郭远发1，刘宏发1，摘要：柿竹园矿大范围破裂矿柱回采进行436吨大爆破施工前，对装药区域的稳定性的监测与评价是确保大爆破施工安全与顺利实施的重要工作。本文基于柿竹园矿一次典型的大范围破裂矿柱安全回采过程的井下地压微震监测实例，详细分析了大范围破裂矿柱产生的原因，出矿对破裂矿柱稳定性的影响及微震监测系统对破裂矿柱活动过程的监测，最后根据微震监测结果结合现场实际显现对破裂矿柱稳定性状态进行了评价。说明了微震监测系统能较客观准确地对破裂矿柱的活动状态进行监测，能对破裂矿柱的稳定性状态进行较准确的评价与预警，为大

2、爆破的安全施工与顺利实施提供了地压安全方面的保障。关键词：破裂矿柱；安全回采；微震监测1引言1.1矿山开采历史柿竹园钨锡钼铋多金属矿床矿体集中厚大，有用矿物种类繁多，是国家重要的矿产资源基地。矿床自1987年采用分段凿岩阶段矿房法开采以来，因种种原因井下的采空区（矿房）未能进行处理，截止2002年，井下留下占矿块约60%的矿柱矿量和近300万m3的巨大采空区群，累计顶板暴露面积达3万m2，连续顶板暴露面积近1万m2，15米厚的连续条带矿柱多处垮塌。为了实现矿山采矿的持续生产，有效处理采空区和回采矿柱，矿山自2002年起与长沙矿山研究院合作研究

3、，最终确定采用中深孔大爆破的方式回采矿柱和顶板富矿，并处理采空区安全隐患。在确定了上述连续回采采矿方法后，柿竹园矿先后经历了井下中深孔亚洲第一爆、世界第一爆800多吨、350多吨等多次大爆破。截止到2011年年初，已经实现了对约一半的矿柱的崩矿，回采现状图见图1与图2所示。1.2大爆破前微震监测的重要性大爆破前，由于装药区域范围广和装药量大，人员需要长时间在装药区域进行施工。同时由于一部分炸药装入炮孔内，装药区域的稳定性监测与评价直接关系到施工人员的安全和大爆破的顺利实施。在持续的大爆破回采这一过程中，微震监测技术多次对大爆破前围岩体稳定性状

4、态的评价与预测与实际符合较好，为大爆破的工程施工与装药实施提供了必要的安全保障。2大范围破裂矿柱产生的背景由于柿竹园矿回采对象是群空区矿柱与巨厚顶板结构，因此爆破区域的选择和回采顺序直接影响到这一框架式结构的受力状态的合理性。本节将结合一个典型实例来具体分析巨厚顶板与群空区矿柱结构发生大范围开裂的过程。2.1爆破背景2011年3月25日17时30分在2盘区610水平到630水平的K2-5进行了装药量约为40吨的大爆破，爆破区域见图1与图2所示。73.25爆破区域在558分层的投影范围7.09爆破区域图1回采现状图及大爆破区域558分层平面图图

5、2回采现状图及大爆破区域2盘区纵剖面图2.2力学分析由于C5矿柱从558分层往下已经发生垮塌，破损不堪，丧失了较大程度的承载能力。因此，从图2纵剖面图可以看出，当“3.25”爆破区域回采后，558分层以上的K2-5及C5矿柱形成了一个巨厚悬臂梁力学结构，使受力状态发生了恶化。特别是在558分层以上的C6矿柱中，形成了张拉力的应力状态。由于岩石抗张拉强度低，同时由图3可以看出，岩体原生节理裂隙所在平面与张拉力的方向近似垂直，所以在570分层至630分层产生了不同程度的近似东西走向的张拉裂缝，如图4所示，图4是张拉开裂面的赤平极射极点密度图，其中

6、以603与610分层开裂情况最为严重。7图3岩体原生节理裂隙赤平极射极点密度图图4现场开裂面赤平极射极点密度图3基于微震监测的破裂矿柱的稳定性评价3.1微震监测系统简介柿竹园矿微震监测系统由36通道单轴加速度传感器组成，是当时国内通道数最多的矿山。36个传感器分别布置在514、558与630分层，每个分层12个传感器。其中558分层传感器布置图见图1所示，图中实心方块为传感器。该系统为全数字型，实现了监测数据的实时传输、处理与显示，系统组成与结构在此不再累述，具体参见参考文献2—4。微震监测技术是目前国际上最先进的地压监测技术，在国外矿山得到

7、了较为广泛的应用。近年来，国内矿山也开始应用微震监测技术。与常规的地压监测技术手段相比,多通道微震监测技术具有以下主要特点：一是该技术可实现对微震(微破裂)事件的全天候实时监测；二是突破了传统监测方法力(应力)、位移(应变)中的“点”或“线”意义上的监测模式，实现对设计监测范围内的岩体破坏(裂)过程在空间概念上的时间过程监测,并可实现常规方法人不可达到地点的监测，减轻了监测人员的工作危险性与劳动强度；三是实现了对微震事件的高精度空间定位；四是可以采用微震事件数、能量、震级、视应力、动应力降、静应力降、震源半径等物理量的多参数分析，实现从更多的

8、角度来分析井下地压情况；五是对监测数据实现了全数字化采集、存储与处理；六是实现了远程监测和信息的远传输送，可以多用户计算机远程可视化监控与分析，为建立专家诊断系统打