基于微震監(jiān)測(cè)的大范圍破裂礦柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

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1、基于微震監(jiān)測(cè)的大范圍破裂礦柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)郭遠(yuǎn)發(fā)1，劉宏發(fā)1，摘要：柿竹園礦大范圍破裂礦柱回采進(jìn)行436噸大爆破施工前，對(duì)裝藥區(qū)域的穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)是確保大爆破施工安全與順利實(shí)施的重要工作。本文基于柿竹園礦一次典型的大范圍破裂礦柱安全回采過(guò)程的井下地壓微震監(jiān)測(cè)實(shí)例，詳細(xì)分析了大范圍破裂礦柱產(chǎn)生的原因，出礦對(duì)破裂礦柱穩(wěn)定性的影響及微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)破裂礦柱活動(dòng)過(guò)程的監(jiān)測(cè)，最后根據(jù)微震監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際顯現(xiàn)對(duì)破裂礦柱穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。說(shuō)明了微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能較客觀準(zhǔn)確地對(duì)破裂礦柱的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能對(duì)破裂礦柱的穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)與預(yù)警，為大

2、爆破的安全施工與順利實(shí)施提供了地壓安全方面的保障。關(guān)鍵詞：破裂礦柱；安全回采；微震監(jiān)測(cè)1引言1.1礦山開采歷史柿竹園鎢錫鉬鉍多金屬礦床礦體集中厚大，有用礦物種類繁多，是國(guó)家重要的礦產(chǎn)資源基地。礦床自1987年采用分段鑿巖階段礦房法開采以來(lái)，因種種原因井下的采空區(qū)（礦房）未能進(jìn)行處理，截止2002年，井下留下占礦塊約60%的礦柱礦量和近300萬(wàn)m3的巨大采空區(qū)群，累計(jì)頂板暴露面積達(dá)3萬(wàn)m2，連續(xù)頂板暴露面積近1萬(wàn)m2，15米厚的連續(xù)條帶礦柱多處垮塌。為了實(shí)現(xiàn)礦山采礦的持續(xù)生產(chǎn)，有效處理采空區(qū)和回采礦柱，礦山自2002年起與長(zhǎng)沙礦山研究院合作研究

3、，最終確定采用中深孔大爆破的方式回采礦柱和頂板富礦，并處理采空區(qū)安全隱患。在確定了上述連續(xù)回采采礦方法后，柿竹園礦先后經(jīng)歷了井下中深孔亞洲第一爆、世界第一爆800多噸、350多噸等多次大爆破。截止到2011年年初，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)約一半的礦柱的崩礦，回采現(xiàn)狀圖見圖1與圖2所示。1.2大爆破前微震監(jiān)測(cè)的重要性大爆破前，由于裝藥區(qū)域范圍廣和裝藥量大，人員需要長(zhǎng)時(shí)間在裝藥區(qū)域進(jìn)行施工。同時(shí)由于一部分炸藥裝入炮孔內(nèi)，裝藥區(qū)域的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)直接關(guān)系到施工人員的安全和大爆破的順利實(shí)施。在持續(xù)的大爆破回采這一過(guò)程中，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)多次對(duì)大爆破前圍巖體穩(wěn)定性狀

4、態(tài)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)與實(shí)際符合較好，為大爆破的工程施工與裝藥實(shí)施提供了必要的安全保障。2大范圍破裂礦柱產(chǎn)生的背景由于柿竹園礦回采對(duì)象是群空區(qū)礦柱與巨厚頂板結(jié)構(gòu)，因此爆破區(qū)域的選擇和回采順序直接影響到這一框架式結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)的合理性。本節(jié)將結(jié)合一個(gè)典型實(shí)例來(lái)具體分析巨厚頂板與群空區(qū)礦柱結(jié)構(gòu)發(fā)生大范圍開裂的過(guò)程。2.1爆破背景2011年3月25日17時(shí)30分在2盤區(qū)610水平到630水平的K2-5進(jìn)行了裝藥量約為40噸的大爆破，爆破區(qū)域見圖1與圖2所示。73.25爆破區(qū)域在558分層的投影范圍7.09爆破區(qū)域圖1回采現(xiàn)狀圖及大爆破區(qū)域558分層平面圖圖

5、2回采現(xiàn)狀圖及大爆破區(qū)域2盤區(qū)縱剖面圖2.2力學(xué)分析由于C5礦柱從558分層往下已經(jīng)發(fā)生垮塌，破損不堪，喪失了較大程度的承載能力。因此，從圖2縱剖面圖可以看出，當(dāng)“3.25”爆破區(qū)域回采后，558分層以上的K2-5及C5礦柱形成了一個(gè)巨厚懸臂梁力學(xué)結(jié)構(gòu)，使受力狀態(tài)發(fā)生了惡化。特別是在558分層以上的C6礦柱中，形成了張拉力的應(yīng)力狀態(tài)。由于巖石抗張拉強(qiáng)度低，同時(shí)由圖3可以看出，巖體原生節(jié)理裂隙所在平面與張拉力的方向近似垂直，所以在570分層至630分層產(chǎn)生了不同程度的近似東西走向的張拉裂縫，如圖4所示，圖4是張拉開裂面的赤平極射極點(diǎn)密度圖，其中

6、以603與610分層開裂情況最為嚴(yán)重。7圖3巖體原生節(jié)理裂隙赤平極射極點(diǎn)密度圖圖4現(xiàn)場(chǎng)開裂面赤平極射極點(diǎn)密度圖3基于微震監(jiān)測(cè)的破裂礦柱的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)3.1微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介柿竹園礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由36通道單軸加速度傳感器組成，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)通道數(shù)最多的礦山。36個(gè)傳感器分別布置在514、558與630分層，每個(gè)分層12個(gè)傳感器。其中558分層傳感器布置圖見圖1所示，圖中實(shí)心方塊為傳感器。該系統(tǒng)為全數(shù)字型，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、處理與顯示，系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)在此不再累述，具體參見參考文獻(xiàn)2—4。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前國(guó)際上最先進(jìn)的地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)，在國(guó)外礦山得到

7、了較為廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)礦山也開始應(yīng)用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)。與常規(guī)的地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)手段相比,多通道微震監(jiān)測(cè)技術(shù)具有以下主要特點(diǎn)：一是該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)微震(微破裂)事件的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)；二是突破了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法力(應(yīng)力)、位移(應(yīng)變)中的“點(diǎn)”或“線”意義上的監(jiān)測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的巖體破壞(裂)過(guò)程在空間概念上的時(shí)間過(guò)程監(jiān)測(cè),并可實(shí)現(xiàn)常規(guī)方法人不可達(dá)到地點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，減輕了監(jiān)測(cè)人員的工作危險(xiǎn)性與勞動(dòng)強(qiáng)度；三是實(shí)現(xiàn)了對(duì)微震事件的高精度空間定位；四是可以采用微震事件數(shù)、能量、震級(jí)、視應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力降、靜應(yīng)力降、震源半徑等物理量的多參數(shù)分析，實(shí)現(xiàn)從更多的

8、角度來(lái)分析井下地壓情況；五是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化采集、存儲(chǔ)與處理；六是實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和信息的遠(yuǎn)傳輸送，可以多用戶計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控與分析，為建立專家診斷系統(tǒng)打