壽王墳銅礦深部大爆破對采空區(qū)穩(wěn)定性的影響研究

楊占民 葉爾布蘭·瓦黑提 趙冉 崔冰

（①承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司 承德 067100②哈密市職業(yè)安全檢驗檢測中心 哈密 839000）

1 引言

當前，采空區(qū)是國內(nèi)許多礦山生產(chǎn)中造成災(zāi)害最主要的源頭之一，對礦山人民財產(chǎn)與生命安全存在嚴重威脅，因此，對采空區(qū)穩(wěn)定性進行監(jiān)測與研究對礦山的安全生產(chǎn)有著重要意義［1-2］。近年來，很多學(xué)者對采空區(qū)探測、監(jiān)測及其穩(wěn)定性分析技術(shù)開展了大量研究工作，并取得了不少研究成果[3-9]。其中，微震監(jiān)測技術(shù)以其非接觸、實時動態(tài)、大尺度三維立體監(jiān)測的優(yōu)點逐漸成為當前及未來的主流監(jiān)測技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于礦山地壓災(zāi)害的評估和預(yù)警等方面[11]。

壽王墳銅礦經(jīng)過數(shù)十年開采，井下形成了南六號特大采空區(qū)，且采空區(qū)下盤圍巖賦存多條斷層，對采空區(qū)周邊圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響。為了保障礦山深部資源的安全高效開采，該銅礦引進了世界先進的IMS公司的微震監(jiān)測系統(tǒng)，對南六號采空區(qū)下盤空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性進行動態(tài)監(jiān)測。本文運用統(tǒng)計學(xué)與定量地震學(xué)方法，分析研究了壽王墳銅礦深部大爆破震動對采空區(qū)穩(wěn)定性的影響情況，為評估深部大爆破對空區(qū)穩(wěn)定性的影響提供了技術(shù)支撐。

2 工程概況

南六號采空區(qū)位于東部，最大寬度達到100m，在采區(qū)33～57線間，走向延續(xù)數(shù)百米，整體形態(tài)呈下大上小，中間被多天巖枝隔斷。采空區(qū)南側(cè)賦存F1、F2、F3等三條斷層（見圖1），F(xiàn)1、F2斷層斜交向兩側(cè)延伸，平均寬度0.5m，F(xiàn)3斷層距采空區(qū)相對較遠。其中在37～41線之間F2斷層對采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性影響最大，在下三中段距離采空區(qū)最近處小于10m，下三中段主巷道頂部產(chǎn)生最大寬度達20mm的裂縫。

圖1 下三地質(zhì)平面圖

3 微震監(jiān)測系統(tǒng)簡介

為了實現(xiàn)對南六號空區(qū)下盤圍巖的動態(tài)立體監(jiān)測，某礦業(yè)公司在下一到下三之間布置了一套8通道的IMS微震監(jiān)測系統(tǒng)，其中，下一中段布置了2個傳感器（WZ-1～WZ-2），下三中段布置了4個傳感器（WZ-3～WZ-6），監(jiān)測范圍為33#～41線之間，具體布置位置如下圖2所示。

4 大爆破對采空區(qū)的影響分析

為了了解深部大爆破作業(yè)對淺部采空區(qū)穩(wěn)定性的影響情況，本次擬隨機挑選了2021年1月份的相鄰3次大爆破事件進行研究，具體如下：

表1 大爆破統(tǒng)計表

為了了解深部大爆破對采空區(qū)尤其是下三斷層及臨近采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性的影響，運用IMS微震監(jiān)測系統(tǒng)軟件，對空區(qū)下三斷層及臨近空區(qū)圍巖的微震活動進行研究，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)每次大爆破后監(jiān)測范圍內(nèi)微震事件出現(xiàn)的時間分布如下表2所示。

表2 大爆破后微震事件統(tǒng)計表

從表2可以看出，下八、下九兩中段深部大爆破對監(jiān)測范圍內(nèi)的南6號空區(qū)下盤圍巖穩(wěn)定性影響有限，大爆破后的震動并沒有馬上對空區(qū)下盤圍巖產(chǎn)生擾動破壞，其大爆破后24小時候才開始出現(xiàn)微震事件，說明即使不考慮其他任何因素，大爆破對圍巖產(chǎn)生的震動損傷至少得24小時才能顯現(xiàn)出來，說明下八及以下爆破作業(yè)對監(jiān)測范圍內(nèi)的空區(qū)下盤圍巖的穩(wěn)定性影響非常有限，建議礦方可進行專門的爆破震動測試，以進一步準確評估大爆破對空區(qū)的影響程度。同時，從圖2～3看出，大爆破對上部空區(qū)影響產(chǎn)生的微震事件主要分布在下三中段水平附近，且大部分臨近空區(qū)邊界，說明大爆破震動對臨空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性影響較大，對斷層的影響相對較小。

圖2 1月10日～16日兩次相鄰大爆破間的微震事件空間分布圖

圖3 1月16日～29日兩次相鄰大爆破間的微震事件空間分布圖

5 結(jié)論

通過對壽王墳銅礦深部大爆破后采空區(qū)周邊圍巖的微震活動分析，得到了以下結(jié)論：深部大爆破震動并沒有馬上對空區(qū)下盤圍巖產(chǎn)生擾動破壞，在大爆破后24小時才開始出現(xiàn)微震事件，深部大爆破作業(yè)對淺部空區(qū)下盤圍巖的穩(wěn)定性影響非常有限；同時，深部大爆破對上部空區(qū)影響產(chǎn)生的微震事件主要分布在下三中段水平附近，且大部分臨近空區(qū)邊界，說明大爆破震動對臨空區(qū)圍巖的穩(wěn)定性影響較大，對斷層的影響相對較小，這為評估深部大爆破對空區(qū)穩(wěn)定性影響提供了技術(shù)支撐。