哈图金矿千米井矿区地压监测方案设计及优化

蔡永顺 王海文 王平 韩爱军 袁本胜 张树鹏

（①北京矿冶科技集团有限公司 北京 102628 ②金属矿山智能开采技术北京市重点实验室 北京102628③西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司 克拉玛依 834000）

1 引言

哈图金矿千米井矿区现主要采用水平分层上向全尾砂胶结充填采矿法，设计生产能力为1200t/d，主要开采矿体为27-8、27-14、27-17矿脉。开采区域有8个中段，但主要的开采中段是725m、675m、625 m、575m四个中段，阶段高度50m，分层高度2.5～3 m。矿体厚0.8～8m，倾角55°～58°，两端设6.2m的房间柱，底柱5m，顶柱3～5m不等。哈图金矿千米井矿区由于开采深度较深，采矿深度达到600m，开拓深度达1000m，地应力较大。矿体上下盘围岩主要由蚀变凝灰岩、蚀变玄武岩及少量石英脉组成，矿体处于挤压破碎带中。深部采动诱发应力集中导致的片帮、冒顶等地压问题显现突出。同时局部矿体存在着大量的节理、裂隙，采场发生大面积坍塌可能性增加，严重威胁着井下采矿作业人员安全与设备的安全。

因此，为了及时掌握采场顶板的冒落规律，监测和预警井下生产作业区域地压活动，以便及时采取有效的预防措施，确保矿山安全高效生产，需要在千米井深部主矿体周边建立一套实时在线、动态监测与预警的多通道地压监测系统。

2 地压监测方案选择

由于哈图金矿千米井矿区现主要采用水平分层上向全尾砂胶结充填采矿法，采场规模较小，且同时开采的采场多达40余个，因此常规的点监测的技术手段无法满足监测需求。通过对地压监测技术手段的对比分析，并充分结合采矿工艺及现场条件，最终选择采用世界先进的IMS微震监测系统进行地压监测。微震监测系统可实现非接触、大尺度、实时在线监测，实时反映岩体动态破裂、扩展机理，通过计算微震事件发生时间、空间位置、震源强度等参数，并采用定量地震学和统计地震学的研究方法对微震事件的力学信息进行分析，从而反映监测区域内岩体应力分布及变形状况，进而达到实时监测及预警的效果[1-7]。

3 方案设计及优化

微震监测方案设计的基本原则为：对重点监测区域的定位误差较小和对较小震级事件具有较高的灵敏度[8-10]。同时还需要考虑现场实际条件，对微震监测台网进行优化，得到最优方案，具体原则如下：

⑴对重点监测区域的定位误差较小；

⑵对较小震级事件具有较高的灵敏度；

⑶传感器接收到微震信号的传播路径为直线，避免传播路径上存在较大空区；

⑷合理选择、布置单轴、三轴传感器及传感器阵列，形成空间立体监测台网；

⑸充分考虑矿山地质、岩性特征、通讯网络等实际条件；

⑹利用台网分析软件优化监测点布置，得出最优监测方案。

哈图金矿千米井矿区目前主要开采的是725m、675m、625m、575m四个中段，根据上述四个中段的工程现状，设计了2种监测方案。方案一：在四个中段分别布置4个微震传感器；方案二：在725m、575m两个中段分别布置4个微震传感器，在675m、625m两个中段分别布置8个微震传感器进行重点监测，微震传感器空间布置见图1所示。

图1 两种监测方案微震传感器空间布置图

针对上述两种监测方案，采用IMS-Jdi可视化分析软件建立台网分析模型，并进行台网分析，计算微震监测系统的定位误差及灵敏度。两种监测方案在各中段的平面定位误差及灵敏度云图见图2、图3所示，两种监测方案的三维定位精度及灵敏度云图见图4、图5所示。

通过平面定位误差及灵敏度云图可以看出，方案二中每个中段的定位误差较小，灵敏度较高，重点监测区域定位误差在10m左右，灵敏度可以达到-2.6矩震级，且重点监测的区域范围要比方案一大很多，满足矿山地压安全监测的需求。另外，通过三维定位误差及灵敏度云图也可以看出，方案二的定位误差、灵敏度及重点监测范围均优于方案一。因此，推荐采用方案二建立地压监测系统。

图2 两种监测方案在各中段的平面定位误差云图

图3 两种监测方案在各中段的平面灵敏度云图

图4 两种监测方案的三维定位误差云图

图5 两种监测方案的三维灵敏度云图

4 监测方案可靠性验证

按照监测方案二在哈图金矿千米井矿区的725m、675m、625m、575m四个中段建立了微震监测系统。为了验证监测方案设计及优化的可靠性，统计了1周内微震事件的矩震级为-3.0～-0.5。另外，采用验证爆破进行了验证，系统定位误差为10.34m，见表1所示。现场实际验证结果与台网优化分析结果非常一致，微震监测系统的定位误差及灵敏度均满足矿山安全监测的需求。

表1 验证爆破定位误差

5 结论

通过监测方案可靠性验证可知，现场实际验证结果与台网优化分析结果非常一致，系统定位误差及灵敏度均满足矿山安全监测的需求。同时表明采用IMS-Jdi可视化分析软件进行台网分析，可以很好地预测矿山微震监测系统的定位误差及灵敏度，为微震监测方案的优化完善提供了可靠的技术支撑。