深井采矿地压灾害微震监测、预报与控制技术研究

[摘要] 云南驰宏锌锗股份有限公司会泽矿区深部矿体赋存条件极为复杂，集"深、碎、水、小"于一体。会泽矿区复杂的开采技术条件及开采技术要求在我国尚无先例，为了保证深部资源的安全、高效开采，深部矿体开采确定合理的回采顺序，为矿山建立起科学、有效的监测手段，保证矿山安全高效地回收深部矿体资源。

[关键字]开采技术条件 微震监测 三维数值模拟

[中图分类号] P612 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-26-2

1 慨况

会泽矿区矿体埋藏深度约1380m以上，沿岩层走向方向的水平主应力达到28MPa，矿区麒麟厂8、10号矿体工程地质钻探过程中均发现不同程度的岩芯饼化现象，表明会泽矿区深部资源开采存在岩爆的条件。据矿区工程地质调研结果，深部岩体质量RMR分级和Q系统分级为差，矿岩稳固性差；矿床三面环水，矿体与充水、含水岩层直接接触并处于长江支流-牛栏江的河床之下。根据设计的采矿生产能力和矿体的大小，采矿生产作业将高度集中，要求采矿强度极高，要求开采尽最大限度回收矿产资源。

2 深井开采岩爆机理研究

（1）8号矿体开采区域的岩体按其工程地质特征，可以划分为3个工程地质岩组，分别为矿体围岩C1b岩组、矿体下盘离矿岩较近的C1d岩组及矿岩岩组。通过节理裂隙数据统计分析得出，C1b岩组发育有3组优势结构面，C1d岩组发育有3组优势结构面，矿岩岩组发育4组优势结构面，另外发育有零星节理。

（2）地质结构面控制或影响矿山岩体稳定性。

①主要发育于C1b岩组中的软弱夹层为Ⅱ级地质结构面；

②矿区内较为发育的Ⅲ级结构面为矿区的次级构造，为8号矿体开采的重要不利工程地质因素；

③广泛分布于各岩组的Ⅳ级地质结构面主要为节理。

（3）采用RMR、Q系统分级结果作为岩体质量主要评价依据。分类结果表明，8号矿体开采区域的岩体质量均为中等稳固岩层，推荐矿体中采场跨度应小于6.0m，根据岩体质量评价结果确定了其基本结构参数后，还应作详细的数值模拟计算分析，以选择最佳的开采方式。

（4）通过调查发现会泽铅锌矿存在的地压活动现象主要为巷道片帮、冒落、采场跨冒以及底臌现象，在现场打钻取样中出现大量岩芯饼化现象。原因是在高应力条件下，岩体的节理裂隙比较发育，受层间软弱夹层和结构面控制容易发生巷道片帮和局部跨冒。

（5）通过5种不同方法分析8号矿体三种围岩岩爆倾向性得出：在8号矿体深部，高应力条件下，矿体的直接上下盘围岩C1b以及上盘的围岩C1d的岩爆倾向性为中等岩爆倾向；矿体下盘的岩体C2w岩爆倾向性为强烈岩爆倾向。

（6）根据目前的地质勘探结果，8号矿体从现有的1261m中段下延深300多米。进行采矿方法设计时，考虑采用的采矿方法、回采顺序以及采场尺寸，同时开展有关岩爆的专题研究，为8号矿体开采的岩爆预防和控制提供依据，保证矿山安全高效采矿，以最大限度的回收有用矿产资源。

3 深井开采地压灾害微震监测与预报技术研究

（1）对在8号矿体所建立的全天候、全数字化微震监测系统，采用人工爆破方式对系统定位精度的测试结果表明，系统监测范围内的定位误差为3～7m，成功在较为破碎的岩体中实现了较高的定位精度。为对8号矿体地压活动控制与安全管理提供了可靠的依据。

（2）微震系统定位误差的原因主要有两大类，即系统本身信号处理过程的产生的误差和矿山自然地质条件所引起的误差。8号矿体所建立的微震微测系统，岩层的复杂性为主要影响定位结果的原因。

（3）由于深部8号矿体埋藏深，有较强的岩爆倾向性，在回采中采场顶板冒落情况较为普遍。具有适合的条件使用微震监测系统，并各种作用充分发挥出来。

（4）充分利用监测系统的监测数据，进行进一步的深入研究，对会泽铅锌矿8号矿体深部矿床开采中的防灾减灾和安全生产将起到积极的作用。它将会推动深井矿山地压监测技术和安全管理水平的发展，为我国未来深部采矿提供有力保障。

（5）通过的微震系统所采集的监测数据，并结合现场地压活动调查及三维数值模拟，综合分析了8号矿体1331m、1391m中段开采过程中所引起的周边一系列地压活动。并根据数值模拟结果以及微震监测结果对未来一段时间内采矿活动进行了一定的预测及分析。

4 深井开采地压灾害防治技术研究

（1）三种不同回采方式回采过程中，采场顶板及上盘所受最大、最小主应力对比如图1-4所示：

（2）通过三种不同模拟方案可以看出，在8号矿体的开采过程中，采用三个盘区进行回采过程中，在顶板及上盘的应力集中系数较两个盘区同时向上回采要低，明显有利于地压的管理。

（3）矿体回采过程中，回采矿柱采场时塑性区主要出现在未采矿房及采场顶、底板中；回采矿柱采场的塑性区主要出现在矿体上、下盘及采场顶底板中。对矿房采场的回采过程安全系数明显要低于回采矿柱采场，在回采矿房采场过程中，应更加注意地压灾害。

（4）依据数值模拟计算结果，建议在对8号矿体的回采过程中，分为三个盘区开采，中间盘区回采进度比两边的盘区快2个分层。

5 高应力条件下井巷支护技术研究

（1）在深井采矿过程中，根据深部岩体赋存特征，依椐NGI隧道掘进质量指标Q最终选取锚注与300mm钢筋混凝土联合支护及喷射150mm钢纤维混凝土支护作为会泽铅锌矿深部井巷工程的主要支护手段，以进行进一步分析研究。

（2）进行素混凝土与三种不同钢纤维体积率混凝土的室内岩石力学参数实验，测定其抗压、抗拉、弹性模量及泊松比，为作详细的数值模拟计算分析，选择最佳的支护方式奠定了基础。

（3）针对两种不同的支护形式，采用三维数值模拟方法进行对比分析，分析结果显示，采用锚注与钢筋混凝土联合支护与喷射钢纤维混凝土支护，均较大程度的改善了巷道围岩应力状态，能取得较为理想的效果。采用锚注与钢筋混凝土联合支护对会泽铅锌矿深部矿体进行支护，更有利于地压管理。

（4）针对会泽铅锌矿深部巷道实际情况作具体的支护方案设计，并完成支护施工过程，通过微震系统监测及现场测定结果显示，在进行支护后半年内，巷道周边并未出现大的地压活动征兆，能维持长期稳定，可见采用锚注与钢筋混凝土联合支护对会泽铅锌矿深部1331m中段主运输巷支护起到了理想的效果。

6 结论

（1）通过现场工程地质、宏观地压活动规律调查与室内岩石力学参数试验，对会泽深部矿体的工程地质、水文地质条件及岩体力学特性进行详细的分析，进行了工程地质岩组划分、岩体结构分类，对不同岩体结构类型的岩组进行了稳定性与岩体质量评价。

（2）利用监测系统的监测数据深入研究，对会泽铅锌矿8号矿体深部矿床开采中的防灾减灾和安全生产将起到积极的作用。并为回采顺序优化及井巷支护技术的研究提供了可靠的依据。

（3）建立了会泽铅锌矿8号矿体三维弹塑性有限元力学模型，对8号矿体采用上向进路两步骤回采充填采矿法进行采矿时，得出对8号矿体的回采过程中，分为三个盘区开采，且其中中间盘区回采进度比两边的盘区快2个分层的回采方式最有利于岩层控制。

（4）根椐NGI隧道掘进质量指标Q选择用锚注与钢筋混凝土联合支护和喷射钢纤维混凝土支护作为会泽铅锌矿深部井巷的主要支护手段，均较大程度的改善了巷道围岩应力状态，能取得较4E3A理想的效果，更有利于地压管理。

参考文献

[1]韩晓雷编.工程地质学原理.机械工业出版社.2003-4-1.

[2]王运敏编.现代采矿手册.冶金工业出版社.2012-02-01.