彭燕丽

（云南金诚信矿业管理有限公司，云南昆明 650000）

1 引言

某多金属矿床位于西藏拉萨市墨竹工卡县境内，为大型铜多金属矿床之一，目前地下开采范围内二、三标段普遍分布有破碎氧化带，该氧化带中含Cu品位较高，约1%左右，并伴生Au、Ag 及Mo 等金属，但破碎矿体氧化率高、节理裂隙发育，矿床赋存条件复杂，已经出现片帮、冒顶、底臌等地压灾害，如图1所示。这些问题严重威胁井下作业人员和设备的安全，甚至直接影响此区域矿体后续开采计划和增大矿石贫损指标。

图1 矿体破碎氧化带现场照片

此外，依据国家相关政策规定及要求，并结合该矿山破碎氧化带在开采过程中易造成较大地压灾害隐患的风险，急需开展地压监测技术研究，掌握地压活动规律，降低破碎氧化带开采过程中带来的地压风险，减少地压灾害造成的损失，最终实现矿山持续安全稳定发展。

2 监测技术的选择

当前地压监测方法复杂多样，并不断推陈出新，根据监测目标与原理可将其分为2 类：岩石力学方法和地球物理方法[1]。岩石力学方法主要以监测冲击地压发生前围岩变形、离层、应力变化、动力现象等特征为主，属于直观接触式监测方法，主要包括钻屑法、钻孔应力计法、支架载荷法、围岩变形测量法等。地球物理方法主要根据岩体破坏时会释放出弹性波、地音、电磁波等信号，通过捕捉这些信号来预警冲击地压，属于非接触式、远程监测方法。地球物理方法主要有：微震法、地音法、电磁辐射法等。目前常用的大尺度、区域性、非接触地压监测技术为微震监测，该技术能更大区域地监测到岩体中正在发生的损伤和渐进性破坏过程，对岩体的失稳进行预警[2]。

微震监测技术是在声发射监测技术的基础上发展起来的，它在原理上与声发射监测技术相同，是基于岩体受力破坏过程中破裂的声、能原理[3]。微震是以监测地下岩体和混凝土结构破裂过程为对象，通过采集岩体破裂释放的微震波信号，再通过对震源信号的处理分析来评价地下结构的稳定性和安全状况，微震监测原理如图2 所示。因此，本监测方案使用微震监测技术手段对该矿山破碎氧化带区域的稳定性进行监测

图2 微震监测原理示意图

3 地压监测技术方案研究

3.1 监测设备介绍

本方案采用世界上最先进、功能最强、市场占有率最高的IMS 微震监测系统。全球有200 多座大型矿山使用该系统，系统具备在线微震数据采集、自动处理、人机交互分析的数字化、智能化、可视化等功能。该系统优势主要有：其定位误差在震源与传感器平均距离（AHD）的5%以内；可采取水泥灌浆和可拆卸装置安装方式；小直径钻孔安装、兼容各种传感器，可实现多参数综合监测；同时在空间和时间的监测预警方面有突出优势，适合中长期观测。

IMS微震监测系统硬件组成主要包括传感器、模拟滤波预处理接线盒、数据采集基站、时间同步适配器TDU、GPS 授时器、工作站等。其中传感器布置采场周边围岩体内，用于实时获取微震等震动波形数据，数据采集基站安置在采场附近的脉外巷道内。微震数据采集基站内含数据采集器NetADC、数据处理器NetSP 及备用电源iUPS、调制解调分站DSL_MODEM 等，时间通讯分站内含调制解调总站DSLAM、交换机、光纤收发器等。数据采集基站中微震数据处理器（NetSP）与地面控制中心通过井下工业环网连接，实现多个数据采集基站与GPS 授时器的时间同步。监控中心设在矿部监控中心室内，用于数据管理、分析、展示、监控和发布等。

IMS 微震监测系统采用直径70mm 左右的微震传感器，配有15m 的整倍数的电缆，采用电子补偿增强的传感器扩展了传感器的低频响应范围，传感器参数如表1所示。

表1 微震传感器参数

3.2 监测点设计

按照以下原则进行监测点设计：

（1）合理选择、布置传感器及传感器台网，形成对监测区域的空间包络；

（2）传感器的选型及布设间距需充分考虑矿山地质、岩性特征、通讯网络等实际条件；

（3）利用台网分析软件优化监测点布置，使监测台网对重点监测区域的定位误差较小，且对较小震级事件具有较高的灵敏度，最终得出最优监测方案；

微震监测点布置主要考虑传感器灵敏度（80V/m/s），在岩体完整的理想情况下，传感器可以监测到200m以内震级在-2.0以上的岩体破裂事件。由于该矿山破碎氧化带岩体较破碎，微震监测点的台网间距不宜大于100m，为保障监测精度，对于该监测区域，微震监测点的台网间距不宜太大，建议应小于80m。

根据矿山目前生产实际情况、岩体岩性、传感器的频响范围和灵敏度，在4420m 水平、4465m 水平破碎氧化带区域布设一套40通道微震监测的地压监测系统，对破碎氧化带区域开采过程中岩体的稳定性进行监测，微震监测点布设如图3、4所示。

图3 4420m水平微震监测点布置图

图4 4465m水平微震监测点布置图

4 台网分析

按照微震监测点的三维空间布置方案进行该监测方案监测精度及灵敏度计算，采用IMS 专业台网分析软件，分析监测范围内微震监测系统的定位误差以及灵敏度，如图5 所示，可知设计的微震监测方案可以使破碎氧化带监测范围内微震监测系统的定位误差控制在10m 左右，监测灵敏度达到-2.5 矩震级，可以满足矿山开采过程中对破碎氧化带的地压监测需求，降低破碎氧化带开采过程中带来的地压风险。

图5 微震监测系统定位误差及灵敏度分析

5 结论

针对位于西藏拉萨市墨竹工卡县境内的某多金属矿山破碎氧化带稳定性监测需求，采用目前常用的大尺度、区域性、非接触的IMS 微震监测设备，建立地压监测系统。根据矿山目前生产实际情况、岩体岩性、传感器的频响范围和灵敏度，设计了一套40通道微震监测的地压监测系统，该监测方案微震事件定位精度为10m，灵敏度可达到-2.5 矩震级，后续可根据监测微震事件时空分布，确定地压灾害高风险区域，为矿山地压灾害预警系统建立提供数据支撑和理论基础。