随着矿山开采深度不断增加, 矿山开采人员逐渐发现在高应力作用下, 在矿山岩层的破坏过程中, 岩层内部积攒的能量的释放形式以及传播形式与地震时产生的地震波极为相似, 且会产生微震现象。微震是岩层受到破坏时产生的随生现象, 该现象中包含着庞大的围岩受力等信息, 因此通过采集、处理并分析微震信号, 可有效判断围岩的内部情况, 预测岩层结构的损伤情况。微震监测系统在加拿大、南非等国家应用广泛。
1 微震监测系统
1.1 微震监测系统的原理
在位于地下的矿山中以列阵形式设置传感器, 在出现微震现象时, 可以自动对微震信号以及数据信息进行采集、传送和处理, 通过定位原理寻找并确定受损岩层的位置, 并将检测的信息以三维立体形式呈现。微震监测系统可在远距离条件下, 实时以动态、三维形式对微震进行检测, 对微震信息进行分析处理后, 可对岩层的破坏程度以及性质进行深入分析。
1.2 微震监测系统的应用
1.2.1 监测岩爆
高应力程度以及矿山深度在一定条件下可导致岩爆现象的发生, 岩爆又被称为冲击地压, 是高应力或深度开采条件下产生的最明显的地压灾害。而微震监测系统可有效监测岩爆现象。当前, 澳大利亚、智利等多个国家已经在矿山建立了微震监测系统, 对岩爆现象的发生时间、岩爆的震源以及震级等基本信息进行完整记录。
1.2.2 监测矿柱以及开采场地的稳定性
矿柱是支撑开采区顶板的保护措施, 在巷道回采过程中发挥着转移能量以及应力的作用, 同时能量和介质也会在矿柱部位累积, 应力的集中程度大于矿柱的强度时就到导致矿柱失去稳定性。在开挖开采区域顶板时, 也会使应力和能量在该区域内集中累积, 应力集中程度大于岩体的强度时就会导致顶板出现裂缝, 开采场地失去稳定性。
矿柱以及采场的稳定性会对矿山安全生产产生巨大的影响, 而微震监测系统具有实时监测的功能, 可用于矿柱以及采场的稳定性检测中, 能够根据微震发生的时间以及空间分布等信息, 实时掌握应力的集中程度以及能量的转移情况, 以此为依据判定矿柱、采场的稳定性。
1.2.3 监测边坡的稳定性
边坡的稳定性可对露天矿山的生产, 以及周边道路、土木工程、水利工程的正常使用和运行产生重大影响。微震监测系统对边坡的监测效果良好, 能够快速且全面的掌握微震的各项信息, 实时监测边坡的稳定性。
1.2.4 其他监测
微震监测系统的功能十分强大, 除以上的监测功能以外, 还可以在隐伏断层的活化过程中进行监测应用, 并包括监测坝体的稳定性、监测地下设置的稳定性等, 可在矿山安全管理中发挥巨大的作用。
2 我国冬瓜山铜矿中的微震监测系统应用
2.1 基本资料
我国冬瓜山主体矿区处于背斜轴部, 其具体标高为-680米至-1000米, 处于-730米以下位置的矿山部分居多。该矿山的走向为35度, 全长为1820米, 宽度介于204米至882米之间, 其厚度为30米至50米, 整个矿体呈现下凹型, 中间位置厚度较大, 矿体的两边位置走向逐渐淡薄。冬瓜山铜矿矿体为层状, 与周围岩体极其相似, 沿着围岩的分布状态两端分别往北西方向、南东方向倾斜, 角度约20度。该矿体的深部压力较大, 巷道中出现数量较多的冒顶片帮, 有时会发生大冒顶, 会破坏部分的喷浆支护, 导致二次支护的数量增加, 支护成本增加。
2.2 确定监测范围
该矿山的初期监测区域中包含了首采区的整体面积以及开采影响区, 冬瓜山矿体微震监测首采区介于52至58线之间, 具体在标高-850米以上的矿段。确定了初期监测范围后, 根据实际情况选定检测设备, 16通道探头的传感器, 进行布局、调试、安装, 应该在矿体上方开采位置处安装8个传感器, 其中包括三向传感器2个, 安装位置在10米深的上向钻孔底部, 单向传感器6个, 安装于40米深的上向钻孔底部。
2.3 微震监测系统的功能
微震监测系统需在Linux系统中操作有所软件, 包括对控制和管理微震监测系统运行状况的控制软件RST;通过地震学信息处理软件JM 1'S对微震波形和地震学相关参数进行自动记录、呈现以及处理;通过可以将微震活动视化的程序软件JDi将地震波形以视化形式呈现, 将多组地震参数按照时间顺序进行排列, 呈曲线状分布, 可将任何时间、空间、平面以及各种地震参数进行集中选取, 满足不同地区的多种需求。
2.4 人工震源定位
正式运行冬瓜山铜矿微震监测系统后, 可实时对该矿体的首采区的各种微震活动进行全面监测。当前监测到的该矿山首采区地下微震活动数据为, 平均每天200余起, 矿体围岩内部的微震时间每天60余起, 其中规模最小的微震震级为2.0。该矿山的微震监测系统建设后, 在矿山首采区的不同位置处实施了定位爆破, 对其震源进行定位, 经计算定位误差在10米之内, 微震监测系统在冬瓜山铜矿首采区内应用效果理想。
2.5 微震系统的应用
在冬瓜山铜矿首采区内应用微震监测系统, 可及时发现地压灾害的震源, 能够为有效减灾措施的制定提供宝贵的时间, 以此减轻地压灾害对矿区产生的不良影响, 减少了矿区的经济损失, 保证了矿区工作人员的人身安全, 在矿区的良好发展中发挥了重要作用。
3 结语
微震监测系统能够对矿山开采过程中出现的各种地压灾害进行实时、全面、自动化监测, 通过人工对微震源进行检验并定位, 效果十分理想。微震监测系统可有效提升我国矿山开采过程中的地压灾害监测能力以及安全管理质量, 对矿山开采效率的提升有重要作用。
摘要：本文主要介绍了微震监测系统在矿山安全管理中的作用、原理以及应用方向, 根据微震监测系统在我国部分矿山安全管理中的应用实例, 研究微震监测系统对矿山安全管理的意义。
关键词：微震监测系统,矿山,安全管理
参考文献
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