冬瓜山铜矿矿山地震活动响应规律研究.pdf

第6 l 卷第1 期 2009 年2 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．6 1 。N o ．1 F e b r u a r y2 0 0 9 冬瓜山铜矿矿山地震活动Ⅱ向应规律研究 袁子清1 ，杨小聪1 ，唐礼忠2 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 ；2 ．中南大学资源与安全工程学院，长沙4 10 0 8 3 摘要以冬瓜山微震监测的数据为基础，运用统计学和线性拟合方法研究矿震事件的时空分布规律。结果表明，矿震事件 的发生与开采活动相对应。小震级事件比大震级事件的分形特征要明显，前者主要受开采条件的影响，而后者主要受自然地震、地 质构造等影响。 关键词采矿工程；矿山地震；响应规律；时空；分形 中图分类号P 6 2 4 ．8 ；T D 8 6 2 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 1 0 1 1 3 0 4 矿山地震 以下简称矿震 是由于人工开采活动 引起的地震，它是诱发地震的一种【1J 。在我国，矿 震多见于井下开采的煤矿，所以关于煤矿矿震方面 的研究比较早，而且在很多方面都已经取得了一定 的成果[ 2 - 5 ] 。然而，有关地下硬岩金属矿山，尤其 是有岩爆倾向的硬岩金属矿山方面的矿震研究却很 少见。以铜陵冬瓜山铜矿微震监测的数据为基础， 结合矿山开采实际，研究了冬瓜山铜矿矿震在时间、 空间的分布规律，力求为矿山安全生产以及井下地 质灾害的控制提供一定的参考。 1 冬瓜山矿震活动概况 冬瓜山铜矿在进行开拓系统施工时，井下就有 偶尔的围岩坍塌和微小岩爆现象，并且随着时间的 延续，井下塌方、岩爆等地压活动现象呈明显增长趋 势。至从2 0 0 5 年8 月建立冬瓜山铜矿微震监测系 统以来，截止目前，微震监测系统已经监测到1 0 0 0 0 多个矿震事件，记录最大事件震级为M L 2 ．0 。 2 0 0 6 年全年微震监测系统记录矿震如表1 所示。 2 矿震活动响应规律 2 ．1 矿震活动的时间分布 1 矿震活动的时、天分布规律。对于矿山工程 人员来说，了解矿震活动在时间上的分布规律，最为 直接的方式无疑是绘制矿震在每月、每天、每个小时 收稿日期2 0 0 8 0 4 ～2 5 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 4 9 0 2 7 4 作者简介袁子清 1 9 8 2 ～ ，男，湖南邵阳市人，工程师，硕士，主要 从事岩石力学、地下工程稳定性、灾害监测和控制等方 面的研究。 的分布情况，即绘制矿震的天里小时分布直方图、周 里天分布直方图，以求了解井下开采活动和矿震活 动的相互关系，具体情况见图1 和图2 。 表12 0 0 6 年每月不同震级事件记录 T a b l e lR e c o r do fe v e n t sw i t hd i f f e r e n tm a g n i t u d e s e v e r ym o n t hi n2 0 0 6 月份_ 丁j j 鲁] 而 从图1 和图2 可以看出，每个星期的星期三、 四、五为矿震发生次数最多的天，在时段上，每天的 矿震事件存在4 个峰值时期，即每天0 1 0 0 0 3 0 0 ，0 6 0 0 0 8 0 0 ，1 4 0 0 1 6 0 0 以及2 2 O O 一2 4 0 0 为矿震多发时间，造成这一特征的原因是这个时 候刚好是矿区的采掘爆破时间段，时间段内的采场 爆破活动比较频繁，尤其采场的大爆破次数多，诱导 了更多矿震的发生。而且，震级大于0 的事件绝大 部分都发生在这些时间段内，即大震级的矿震事件 大部分都发生在各种开采爆破活动之后，这也说明 了采掘爆破活动是诱导矿震活动的一个最主要的因 素之一。 7’。1二 此外，从图1 和图2 还可以看出，大于0 的震级 主要分布在每天的0 5 0 0 0 7 0 0 ，1 3 0 0 1 6 0 0 以 H 2 2 5 9 5 6 n 堪坞4 3 4 0 l 4 3 6 3 3 9 7 l 6M巧鼠笳砣毖{享；的“2“舛 9 4 8 9 6 4 7 5 2 O 1 0堪掩协拍巧弘粥坫钉筋锯 心娩2 O 4 l 船1 9 m 铊 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ∞n 心 万方数据 万方数据 第1 期 袁子清等冬瓜山铜矿矿山地震活动响应规律研究 1 1 5 具体如下图4 。图中圆球表示矿震事件，其大小表 示震级的大小，圆球越大震级越大，颜色表示其发生 的时间，颜色越深表示发生的越晚，也即最近发生 的。 a 一平面图； b 一三维透视图 图4 首采区累积矿震事件平面和立体分布 R g ．4I 岫p h ya n ds c e n o g r a p ho fc u m u l a t e8 e i s I l l i ce v e n t so ft h ef i r s te x p l o i t i n gd i s t r i c t s 从图4 中矿震事件的平面和三维透视图可以看四周扩展，并随采掘位置的变化而变化。另外，从不 出，绝大部分矿震事件在平面上主要分布在5 2 线一同时间里矿震集中区的分布也可以看出，各个地震 5 6 线之间的1 1 4 采场以及之间的沿脉运输巷道活动相对集中区之间相对独立，没有相互连接，说明 和穿脉出矿巷道等其他巷道，在立体上主要分布在目前冬瓜山铜矿首采区地震活动较弱，各采掘活动 一6 7 0 m一8 5 0 m 深度上。这是因为这些区域正是引起的岩层活动之间的相互影响还很小。 目前矿区主要的回采掘进位置，其问采掘活动 爆破 作业 频繁，形成的空区结构复杂，岩体变形、应力变 化较大，在加上各种巷道里的人为影响，诱导了大量 矿震的发生。这从图5 不同时期内矿震活动集中区 分布图也可以看出，随着时间和采掘活动的推进，矿 震活动集中区由最先开采的5 2 线2 和6 逐渐向 图5 不同时期内矿震活动集中区分布 F i g ．5 C o n c e n t r a t e dd i s t r i b u t i o no fs e i s m i e i t yi nd i f f e r e n tt i m e 参考文献 3结论 冬瓜山矿震事件大部分发生在每天的0 1 0 0 一 0 3 0 0 。0 6 0 0 0 8 0 0 ，1 4 0 0 1 6 0 0 以及2 2 0 0 2 4 0 0 四个时间段里。震级大于0 的事件主要分布 在每天的0 5 0 0 0 7 0 0 ，1 3 0 0 一1 6 0 0 以及2 2 0 0 2 4 0 0 三个时间段，与三班作业时间基本相同，稍 微超前于三班作业时间，具有非常明显的前震现象。 一2 ≤M 一1 ，一1 M ≤0 ，0 M ≤l 三个级 别的矿震具有非常好的分形特征，小震级矿震事件 比大震级矿震事件的分形特征要明显，前者主要受 开采条件的影响，而后者主要受自然地震、地质构造 等影响。矿区绝大部分矿震事件分布在5 2 线一5 6 线之间的1 1 4 采场以及沿脉运输巷道和穿脉出 矿巷道等其它巷道，分布深度范围为⋯6 7 0 m 8 5 0 m 之间。矿震活动集中区由最先开采的5 2 线 2 和6 逐渐向四周扩展，并随采掘位置的变化而 变化。 [ 1 ] S l a w o m i r ，J e r z y ，G i b o w i c z ，e ta 1 ．矿山地震学引论[ M ] ．修济刚，徐平，杨心平译．北京地震出版社，1 9 9 8 1 ． [ 2 ] 蔡美峰，李治平，纪洪广．神经网络在开采与矿山地震活动性关系研究中的应用[ J ] ．中国矿业，2 0 0 2 ，1 1 2 6 9 ． [ 3 ] 李治平，蔡美峰，王建宙。等．老虎台矿矿山地震活动规律研究[ J ] ．地震，2 0 0 2 ，2 2 1 4 4 4 7 ． [ 4 ] 李治平，蔡美峰．矿震地震序列特征研究[ J ] ．北京科技大学学报，2 0 0 1 ，2 3 6 4 9 5 4 9 7 ． [ 5 ] 李治平．矿山地震时空强规律及其综合预测的研究[ D ] ．北京北京科技大学，2 0 0 2 2 0 ． [ 6 ] G r a s s b e r g e rP ，P r o c a c c i aJ ．D i m e n s i o n sa n de n t r o p i e so fs t r a n g ea t t r a c t o r sf r o maf l u c t u a t i n gd y n a m i c sa p p r o a c h [ J ] ．P h y s i e aD ， 1 9 8 4 ， 1 3 3 4 5 4 ． 下转第1 2 0 页，C o n t i n u e dO nP ．1 2 0 万方数据 1 2 0有色金属 第6 1 卷 C r u c i a lU n d e r s t a n d i n ga n dD e c i s i o n - m a k i n gT e c h n o l o g yf o rD e e pM i n i n g D O N GL o n g - u n 。L IX i b i n g ，L IP i n g - p i n g h o o to fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i r m r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t F o l l o w i n gt h ed e p l e t i n go fm i n e r a lr e s o u r c e sa ts h a l l o wd e p t h ，t h ep r o p o r t i o no fo r et o n n a g ef r o md e e pm i n ‘ i n gi si n c r e a s i n gi nC h i n at o t a lm i n i n go u t p u t ．T h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t si nr o c km e c h a n i c sa n dt h e d i s a s t e rc h a r a c t e r i s t i cw i l lb eo fv i t a ls i g n i f i c a n c et oc o n s t r u c t i o no fd e e pm i n i n g ．T h er o c km e c h a n i c a lf e a t u r e s a n dd i s a s t e r sc h a r a c t e r i s t i cc o n c e r n i n gd e e pm i n i n g ，n o v e ld i s a s t e rc o n t r o lm e a s u r e sa n dd e c i s i o n m a k i n gt e c h n o l o g ya r ed e s c r i b e d ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；d e e pd i s a s t e r s ；r e v i e w ；d e c i s i o n m a k i n gt e c h n o l o g y 上接第1 1 5 页，C o n t i n u e df m mp ．1 1 5 R e s p o n s eL a wo fM i n i n g - i n d u c e dS e i s m i c i t yi nD o n g g u a s h a nC o p p e rM i n e Y U A N 厄一q i n 9 1 。Y A N GX i a o - c o n 9 1 ，T A N GL i - z h o n 9 2 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．跚驰弘o fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a e t B a s e do nt h ed a t ao fm i c r o ．s e i s m i cs y s t e mo fD o n g g u a s h a nm i n e ，t h et i m e - s p a c ed i s t r i b u t i o nl a wo fs e i m i e e v e n t si si n v e s t i g a t e db ys t a t i s t i ca n dl i n e a r i z a t i o nm e t h o d s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es e i s m i ce v e n t sa r er e l a t e d t ot h ee x p l o i t i n ga c t i v i t y ，a n dt h ef r a c t a lf e a t u r eo ft h es m a l le v e n t si sm o r eo b v i o u st h a nt h a tt h eb i ge v e n t s ，t h e f o r m e ra r em a i n l ya f f e c t e db ye x p l o i t i n ga c t i v i t y ，a n dt h el a t e ra r em a i n l yb yn a t u r a le a r t h q u a k ea n dg e o l o g i c c o n f o r m a t i o n ． ’ K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；m i n i n g - i n d u c e ds e i s m i c i t y ；r e s p o n s el a w ；t i m es p a c e ，f r a c t a l 万方数据