D01:10.13374/i.issnl00103x.2010.11.⑩1 第32卷第11期 北京科技大学学报 Vol 32 N911 2010年11月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Noy 2010 深井开采微震活动容量维D变化特征 王春来” 吴爱祥”刘晓辉”李瑞”吉学文” 1)北京科技大学土木与环境工程学院。北京1000832)云南驰宏锌错股份有限公司.曲靖⑤4211 摘要根据会泽铅锌矿复杂地质状况。建立了一套24通道全数字微震监测系统对深部岩体开采诱发微震事件进行监测， 得到岩体随开采过程诱发微震事件的参数.包括b值、震级和事件数等.推导出值与容量维D之间的关系式为D=2b分析 了容量维D随时间变化和采场垮冒的关系.分析结果显示：岩体失稳破坏和D值变化密切相关.随着开采扰动变化由应力 集中引起局部岩体裂纹压密、萌生和扩展。D表现为增加后保持相对平静的现象，表明岩体裂纹的粗糙度在增加：一旦岩体破 坏引发动力灾害.D值急剧下降，表明岩体裂纹的粗糙度在降低。岩体破坏加速：结合现场实践，分析得出D值越小发生岩体 破坏的概率越大 关键词金属矿山：深井开采：岩体失稳：微震监测：容量维 分类号TD324.2 Variation characteristics of capacity dm ension D,w ith m icroseism icity n deep m ning WANG ChunP.WU Ai-xang)LI Xiaohup LIRuP.JIXue wer?) 1)SchoolofCivil and Enviromental Engineering University of Science and Technokgy Beijing Beijng 100083 China 2)Yuman chhong Zn&Ge Co Ld,Qujng 654211 China ABSTRACT Based on con plex geolgical cond itions nHuize Lead Znc Mine a dgil24-channelm icroseism icmonitorng sys tem was estab lished pmonitormicroseisn ic events in deep mining h the monitoring perod mjcroseisic parm eters were recorded such as b vales magnitude and the number ofm icrose smic even ts The relation ofD=2b was deduced beween capac ity dmens on D and b vales After analyzng hemoniprng dat he changes ofD,vales with time and stope collapse were detem ined The re sults show hat rockm ass aile is csely re lated wih D,values W ih the change ofm ning disturbance the stress concentration of b cal rockmass nduces crack compacton nitiaton and propagatpn meantme he D,vales ncrease and then stay relativey quet m ean ng hat he crack roughness of rockmass is increasng Once dyna ic disasters are caused by rockm ass failure heD.vales ab rup tly decrease whichmeans that he crack roughness of rockm ass reduces and it lads p he acceleraton of rockm ass instability Cambining wih site exam nation it is conclude that the pobability of rock ailure ncreasesw ih decreasingD vales KEY WORDS metalm ine deepm ning rockmass nstability microse ism ic monitorng capacity dmens pn 随着浅部金属矿产资源即将消耗殆尽，目前我 目前，对于矿山动力灾害监测预报，采用微震监 国约有13的金属矿山己经或即将进入深部开采. 测和声发射监测是国外广泛应用于深井开采动力灾 由于开采深度的增加，矿山回采将遇到高应力，大变 害预测预报的基本手段.在国内，2004年凡口铅 形等一系列地压问题这些问题是造成深部开采动 锌矿从加拿大引进井下微震监测系统；山东科 力灾害的主要因素.矿山开采扰动过程中，岩体应 技大学与澳大利亚联邦科学院联合，就煤矿灾害的 力场诱发的微破裂萌生、发展、贯通和断裂等岩石破 预测及防治工作进行科技攻关设计了井下微震定 坏失稳过程，伴随破裂发展过程产生微震事件， 位监测系统，用于实时监测岩体破裂及灾变过 收稿日期：2009一08一25 基金项目：国家十一五"科技支撑计划资助项目(N9206B趴B0201) 作者简介：王春来(1976一，男.博士研究生，Emaw©吧126四吴爱样(1963，男，教授博士生导师
第 32卷 第 11期 2010年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.11 Nov.2010 深井开采微震活动容量维 Df变化特征 王春来 1) 吴爱祥 1) 刘晓辉 1) 李 瑞 1) 吉学文 2) 1)北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2)云南驰宏锌锗股份有限公司, 曲靖 654211 摘 要 根据会泽铅锌矿复杂地质状况, 建立了一套 24通道全数字微震监测系统, 对深部岩体开采诱发微震事件进行监测, 得到岩体随开采过程诱发微震事件的参数, 包括 b值、震级和事件数等.推导出 b值与容量维 Df之间的关系式为 Df=2b, 分析 了容量维 Df随时间变化和采场垮冒的关系.分析结果显示:岩体失稳破坏和 Df值变化密切相关.随着开采扰动变化, 由应力 集中引起局部岩体裂纹压密、萌生和扩展, Df表现为增加后保持相对平静的现象, 表明岩体裂纹的粗糙度在增加;一旦岩体破 坏引发动力灾害, Df值急剧下降, 表明岩体裂纹的粗糙度在降低, 岩体破坏加速;结合现场实践, 分析得出 Df值越小, 发生岩体 破坏的概率越大. 关键词 金属矿山;深井开采;岩体失稳;微震监测;容量维 分类号 TD324 +.2 VariationcharacteristicsofcapacitydimensionDfwithmicroseismicityindeep mining WANGChun-lai1) , WUAi-xiang1) , LIUXiao-hui1) , LIRui1) , JIXue-wen2) 1)SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2)YunnanchihongZn＆ GeCo.Ltd., Qujing654211, China ABSTRACT BasedoncomplexgeologicalconditionsinHuizeLead＆ZincMine, adigital24-channelmicroseismicmonitoringsystemwasestablishedtomonitormicroseismiceventsindeepmining.Inthemonitoringperiod, microseismicparameterswererecorded suchasbvalues, magnitudeandthenumberofmicroseismicevents.TherelationofDf=2bwasdeducedbetweencapacitydimension Dfandbvalues.Afteranalyzingthemonitoringdata, thechangesofDfvalueswithtimeandstopecollapseweredetermined.TheresultsshowthatrockmassfailureiscloselyrelatedwithDfvalues.Withthechangeofminingdisturbance, thestressconcentrationoflocalrockmassinducescrackcompaction, initiationandpropagation, meantimetheDfvaluesincreaseandthenstayrelativelyquiet, meaningthatthecrackroughnessofrockmassisincreasing.Oncedynamicdisastersarecausedbyrockmassfailure, theDfvaluesabruptlydecrease, whichmeansthatthecrackroughnessofrockmassreducesanditleadstotheaccelerationofrockmassinstability. Combiningwithsiteexamination, itisconcludedthattheprobabilityofrockfailureincreaseswithdecreasingDfvalues. KEYWORDS metalmine;deepmining;rockmassinstability;microseismicmonitoring;capacitydimension 收稿日期:2009-08-25 基金项目:国家“十一五”科技支撑计划资助项目(No.2006BAB02A01) 作者简介:王春来(1976— ), 男, 博士研究生, E-mail:tswcl@126.com;吴爱祥(1963— ), 男, 教授, 博士生导师 随着浅部金属矿产资源即将消耗殆尽 , 目前我 国约有 1 /3的金属矿山已经或即将进入深部开采 . 由于开采深度的增加 ,矿山回采将遇到高应力 、大变 形等一系列地压问题, 这些问题是造成深部开采动 力灾害的主要因素.矿山开采扰动过程中 ,岩体应 力场诱发的微破裂萌生、发展、贯通和断裂等岩石破 坏失稳过程 ,伴随破裂发展过程产生微震事件 [ 1] . 目前 ,对于矿山动力灾害监测预报 ,采用微震监 测和声发射监测是国外广泛应用于深井开采动力灾 害预测预报的基本手段 [ 2] .在国内 , 2004年凡口铅 锌矿从加拿大引进井下微震监测系统 [ 3 -4] ;山东科 技大学与澳大利亚联邦科学院联合 , 就煤矿灾害的 预测及防治工作进行科技攻关, 设计了井下微震定 位监测系统 , 用于实时监测岩体破裂及灾变过 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.11.001
。1380 北京科技大学学报 第32卷 程19；2005年冬瓜山铜矿引进了南非SS公司的 8号矿床赋存条件、回采计划、开采方案、现有工程 SS地震监测系统，建立冬瓜山铜矿微震监测系统， 布置以及微震事件定位精度要求和未来系统通道扩 对深井开采首采区的地震活动进行连续监测； 展，确定了由四套QS quick seismameter)系统、采用 2007年8月云南驰宏锌锗股份有限公司会泽采选 24通道全数字型微震监测系统（图1，.本监测系统 厂引进了南非SS公司的24通道全数字型ISS地 由地表监测站、井下数据交换中心(Equ9和信号采 震实时监测系统，应用于复杂富水条件下深部开采 集传感器三部分组成.通过QS系统的传感器采集 诱发动力灾害预测预报，实现了高地应力、复杂富水 微震信号并进行前置放大，经信号传输电缆传至井 等多因素条件下岩爆、突水等动力灾害的安全监 下数据交换中心，由光纤转发器传输至地表监控室， 测g 通过MS和D等软件进行微震信号三维立体可 早在1944年，围绕着全球较大震级的天然地震 视化分析处理「-四 活动，各国地震学家进行了深入细致的研究， 电脑数据采集处理 Gutenberg和R ichter提出了被公认为地震学基本关 软件 系式的GutenbegR ich e失系式，即古登堡与里克 特震级一频度关系式山.几十年来，基于该式已经 地下 取得了一些研究成果.天然地震是由地壳内部板块 数据采集仪 1451中段 运动造成的，而矿震是由人为扰动岩体使应力重分 布造成的.如何利用有效的微震活动性参数以达到 1391中段 准确预报矿震的发生则显得尤为重要，目前还没有 数据交换中心 成功的经验可以借鉴. 1391中段 利用微震监测系统可以获得一定监测区域、 一段时间和一组微震事件的随机变量参数，得出 1331中段 微震事件发生的震级一频度关系，分析微震事件 震级大小及分布状态，掌握微震活动参数值的分 图1会泽铅锌矿微震监测系统 Fg1 Micoseism ic moniorng system in Huize Lead ZincMine 布特征，利用非线性理论对发生动力灾害时的值 进行研究。从而通过微震监测数据获得岩体微破 2深井开采诱发微震动力灾害 裂的分布状态，判断潜在的矿山动力灾害活动规 律，进而实现预警.因此，开展深井开采诱发微震 8号矿体回采深度达1280四8号矿体地质赋 事件活动性参数b值与容量维D之间的关系研 存条件复杂，附近岩体容易产生脆性断裂.因此，在 究，揭示岩体失稳破坏和D值分布特征的关系具 8号矿体回采过程中存在开采扰动诱发动力灾害的 有非常重要的意义， 危险.由于1451m中段以上回采结束，即将在 1331和1391两个中段同时向上回采所以回采 1微震监测系统构建 的重点是8号矿体的1331~1451四2007年8一12 结合云南驰宏锌锗股份有限公司会泽采选厂 月采场发生垮冒情况记录如表1所示. 表1采场垮冒记录 Table 1 Reood of stope colkpses 序号 时间 地点 垮方量/t 坐标(x￥) 1 2007-08-09夜班 8号矿体1511m中段3号盘区5号矿房 200 (9610412615745) 2 2007-09-06夜班 8号矿体1499m分段3号盘区3号矿房 400 (960061501499) 3 2007一09-12夜班 8号矿体1487m分段2号盘区9号矿房 100 (965061601496) 4 2007-10-10夜班 8号矿体1565m分段2号盘区进路 150 (9715611015745) 5 2007一1017夜班 8号矿体1451中段3号盘区下盘南端沿脉进口位置 150 (959061301499) 6 2007-11一20夜班 8号矿体1499m分段15分层3号盘区 100 (961061301499) 7 2007-12-07夜班 8号矿体1499m中段15分层7号矿房 150 (964061401499) 8 2007-12一13白班 8号矿体1499m分段1号盘区3号矿房 100 (962062001499) 注：坐标省略了前三位数字，坐标省略了前两位数字
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 程 [ 5] ;2005年冬瓜山铜矿引进了南非 ISSI公司的 ISS地震监测系统 ,建立冬瓜山铜矿微震监测系统 , 对深井开采首采区的地震活动进行连续监测 [ 6] ; 2007年 8月云南驰宏锌锗股份有限公司会泽采选 厂引进了南非 ISSI公司的 24通道全数字型 ISS地 震实时监测系统 , 应用于复杂富水条件下深部开采 诱发动力灾害预测预报,实现了高地应力 、复杂富水 等多因素条件下岩爆 、突水等动力灾害的安全监 测 [ 7 -10] . 早在 1944年 ,围绕着全球较大震级的天然地震 活动, 各国地震 学家进行 了深入细致 的研究 , Gutenberg和 Richter提出了被公认为地震学基本关 系式的 Gutenberg-Richter关系式 ,即古登堡与里克 特震级 -频度关系式 [ 11] .几十年来 , 基于该式已经 取得了一些研究成果 .天然地震是由地壳内部板块 运动造成的 ,而矿震是由人为扰动岩体使应力重分 布造成的.如何利用有效的微震活动性参数以达到 准确预报矿震的发生则显得尤为重要, 目前还没有 成功的经验可以借鉴 . 利用微震监测系统可以获得一定监测区域、 一段时间和一组微震事件的随机变量参数, 得出 微震事件发生的震级 -频度关系 , 分析微震事件 震级大小及分布状态 , 掌握微震活动参数 b值的分 布特征 ,利用非线性理论对发生动力灾害时的 b值 进行研究, 从而通过微震监测数据获得岩体微破 裂的分布状态 , 判断潜在的矿山动力灾害活动规 律 , 进而实现预警 .因此 , 开展深井开采诱发微震 事件活动性参数 b值与容量维 Df之间的关系研 究 , 揭示岩体失稳破坏和 Df值分布特征的关系具 有非常重要的意义. 1 微震监测系统构建 结合云南驰宏锌锗股份有限公司会泽采选厂 8号矿床赋存条件、回采计划、开采方案 、现有工程 布置以及微震事件定位精度要求和未来系统通道扩 展,确定了由四套 QS(quickseismometer)系统 、采用 24通道全数字型微震监测系统(图 1).本监测系统 由地表监测站 、井下数据交换中心 (Equix)和信号采 集传感器三部分组成 .通过 QS系统的传感器采集 微震信号并进行前置放大, 经信号传输电缆传至井 下数据交换中心,由光纤转发器传输至地表监控室, 通过 JMTS和 JDi等软件进行微震信号三维立体可 视化分析处理 [ 7 -10] . 图 1 会泽铅锌矿微震监测系统 Fig.1 MicroseismicmonitoringsysteminHuizeLead-ZincMine 2 深井开采诱发微震动力灾害 8号矿体回采深度达 1 280 m.8 号矿体地质赋 存条件复杂,附近岩体容易产生脆性断裂.因此, 在 8号矿体回采过程中存在开采扰动诱发动力灾害的 危险 .由于 1 451 m中段以上回采结束, 即将在 1 331 m和 1 391 m两个中段同时向上回采,所以回采 的重点是 8号矿体的 1 331 ～ 1 451m.2007年 8— 12 月采场发生垮冒情况记录如表 1所示. 表 1 采场垮冒记录 Table1 Recordofstopecollapses 序号 时间 地点 垮方量/t 坐标(x, y, z) 1 2007-08-09夜班 8号矿体 1 511m中段 3号盘区 5号矿房 200 (9 610, 4 126, 1 574.5) 2 2007-09-06夜班 8号矿体 1 499m分段 3号盘区 3号矿房 400 (9 600, 6 150, 1 499) 3 2007-09-12夜班 8号矿体 1 487m分段 2号盘区 9号矿房 100 (9 650, 6 160, 1 496) 4 2007-10-10夜班 8号矿体 1 565m分段 2号盘区进路 150 (9 715, 6 110, 1 574.5) 5 2007-10-17夜班 8号矿体 1 451m中段 3号盘区下盘南端沿脉进口位置 150 (9 590, 6 130, 1 499) 6 2007-11-20夜班 8号矿体 1 499m分段 15分层 3号盘区 100 (9 610, 6 130, 1 499) 7 2007-12-07夜班 8号矿体 1 499m中段 15分层 7号矿房 150 (9 640, 6 140, 1 499) 8 2007-12-13白班 8号矿体 1 499m分段 1号盘区 3号矿房 100 (9 620, 6 200, 1 499) 注:x坐标省略了前三位数字, y坐标省略了前两位数字. · 1380·
第11期 王春来等：深井开采微震活动容量维D变化特征 ·1381。 3微震活动过程容量维变化特征 Ac隆 (2) 式中，为事件最大振幅；V为产生一个声发射时间的 3.1震级一频度关系 裂隙体积即损伤破坏的体积.对于直径为的只产生 许多观测表明，由开采扰动诱发的微震事件与 一个事件的微元体，单个声发射事件的振幅值为： 天然地震事件遵循同样规则，在这两类地震活动性 Apc (3) 分析中，遵循Gutenbera和R iche所引入的震级一 式中，为事件微元体直径.根据文献[14)，事件数 频度关系，一般用对数形式表示为： 表示为： g n(M)=a IM (1) Noc F2b (4) 式中，M的起算震级，(M为统计区域内一定时期 式中，N为事件数.于是根据容量维的定义11，得： 发生的M到M什M的微震次数，两个未知参数b 对一定监测区域而言是常数.a描述了监测区域微 D4=mN(2=2b (5) r 震活动的总体水平，与起算震级以上的微震事件总 数有关，称为微震活动性参数：为描述微震大小分 式中，D为容量维.从式(5)可以看出，容量维是微 布的参数，通常接近1式(1表达了在一给定的时 震活动性参数b值的2倍. 间段里小震个数与大震个数的相对数.该关系 3.3深井开采微震活动过程容量维D值分布特征 式适用于一个微震监测区域所有的震级范围. 利用微震监测系统，可以得到微震事件发生的 图2中空心点和实心点是是现场监测数据，空 时间、震级、值和b值等数据.结合表1现场发生 心点表示该时间段内震级小于起算震级M仁一1.0微震灾害，图3为2007年8月2日至2008年1月 事件个数分布，实心点表示该时间段震级大于起算 10日8号矿体回采微震监测事件活动性参数D值 震级M=一1.0事件个数分布，直线为震级大于起 的分布情况 算震级=一1.0事件的震级一频度关系，曲线为该时 1.8 间段大于起算震级=一1.0震级的事件拟合9 lgn(M )=n-b.M 102 1.2 9 10' -40-7002 -80-700 -6-7G -70 --70V S-- -1-112 -2-0 m-10-00C 时间 图3采场垮冒与D值随时间变化关系 震级 Fg 3 Relatons of stope collapse and change inD values with tme 图2震级和微震事件数关系 从表1和图3中发现采场垮冒微震事件活动容 Fg 2 Rela tionship be ween magnitude and the nmber ofm icrose is mic events 量维D值分布特征：(1)当D值呈增加趋势时，采 场相对平静，无动力灾害产生.自2007年8月2日 为微震活动性参数，表示大小震级事件发生 至8日及11月8一19日，均无采场发生垮冒等动力 的比例关系，物理含义是一个监测区域内的值变 灾害现象.D值增加，表明岩体裂纹的粗糙度在增 化表征该统计地区岩体介质破坏发展的状态.b值 加，在此期间岩体处于裂纹压密、扩展过程小震级 变化和地震发生活动过程有关2.计算值的 事件在总事件中的比例比大震级事件大，即D值的 前提条件是该监测系统在统计区域内某时间段具有 增加不会引起岩体动力失稳破坏.(2)当D值急剧 一致、统一的监测能力，并且在该监测地区范围内能 下降时，采场容易发生动力灾害.自2007年8月9 监测到相同的某个下限震级以上的所有地震. 日至9月12日、10月10日至10月18日及11月20 3.2微震活动性参数b值与容量维D关系分析 日、12月7一13日，均发生采场垮冒等灾害，说明一 H irasawa认为在恒定的短时间内，单位幅度的 旦裂纹扩展贯通，形成动力失稳时，D值下降表明 声发射事件的最大振幅与裂纹体积关系为： 岩体裂纹的粗糙度在降低加速了岩体破坏速度，大
第 11期 王春来等:深井开采微震活动容量维 Df变化特征 3 微震活动过程容量维变化特征 3.1 震级 -频度关系 许多观测表明, 由开采扰动诱发的微震事件与 天然地震事件遵循同样规则 ,在这两类地震活动性 分析中 , 遵循 Gutenberg和 Richter所引入的震级 - 频度关系,一般用对数形式表示为: lgn(M)=a-bM (1) 式中, M为起算震级 , n(M)为统计区域内一定时期 发生的 M到 M+dM的微震次数,两个未知参数 a、b 对一定监测区域而言是常数.a描述了监测区域微 震活动的总体水平, 与起算震级以上的微震事件总 数有关 ,称为微震活动性参数 ;b为描述微震大小分 布的参数,通常接近 1.式(1)表达了在一给定的时 间段里小震个数与大震个数的相对数 [ 11] .该关系 式适用于一个微震监测区域所有的震级范围. 图 2 中空心点和实心点是是现场监测数据 ,空 心点表示该时间段内震级小于起算震级 M=-1.0 事件个数分布,实心点表示该时间段震级大于起算 震级 M=-1.0事件个数分布, 直线为震级大于起 算震级 M=-1.0事件的震级 -频度关系,曲线为该时 间段大于起算震级 M=-1.0震级的事件拟合 [ 8] . 图 2 震级和微震事件数关系 Fig.2 Relationshipbetweenmagnitudeandthenumberofmicroseismicevents b为微震活动性参数 , 表示大小震级事件发生 的比例关系 ,物理含义是一个监测区域内的 b值变 化表征该统计地区岩体介质破坏发展的状态.b值 变化和地震发生活动过程有关 [ 12 -13] .计算 b值的 前提条件是该监测系统在统计区域内某时间段具有 一致、统一的监测能力 ,并且在该监测地区范围内能 监测到相同的某个下限震级以上的所有地震. 3.2 微震活动性参数 b值与容量维 Df关系分析 Hirasawa认为在恒定的短时间内, 单位幅度的 声发射事件的最大振幅与裂纹体积关系为 : A∝V 2 3v (2) 式中, A为事件最大振幅;Vv为产生一个声发射时间的 裂隙体积,即损伤破坏的体积.对于直径为 r的只产生 一个事件的微元体,单个声发射事件的振幅值为: A∝r 2 (3) 式中 , r为事件微元体直径.根据文献[ 14] ,事件数 N表示为 : N∝r -2b (4) 式中, N为事件数.于是根据容量维的定义 [ 15-16] ,得: Df =lri※m0 lnN(r) ln 1 r =2b (5) 式中 , Df为容量维 .从式 (5)可以看出 ,容量维是微 震活动性参数 b值的 2倍 . 3.3 深井开采微震活动过程容量维 Df值分布特征 利用微震监测系统 ,可以得到微震事件发生的 时间 、震级 、a值和 b值等数据 .结合表 1现场发生 微震灾害 ,图 3为 2007年 8月 2日至 2008年 1月 10日 8号矿体回采微震监测事件活动性参数 Df值 的分布情况. 图 3 采场垮冒与 Df值随时间变化关系 Fig.3 RelationsofstopecollapseandchangeinDfvalueswithtime 从表 1和图 3中发现采场垮冒微震事件活动容 量维 Df值分布特征 :(1)当 Df值呈增加趋势时, 采 场相对平静,无动力灾害产生.自 2007年 8月 2日 至 8日及 11月 8— 19日, 均无采场发生垮冒等动力 灾害现象.Df值增加, 表明岩体裂纹的粗糙度在增 加, 在此期间岩体处于裂纹压密 、扩展过程, 小震级 事件在总事件中的比例比大震级事件大 ,即 Df值的 增加不会引起岩体动力失稳破坏 .(2)当 Df值急剧 下降时,采场容易发生动力灾害.自 2007年 8 月 9 日至 9月 12日 、10月 10日至 10月 18日及 11月 20 日、12月 7— 13日 ,均发生采场垮冒等灾害 ,说明一 旦裂纹扩展贯通 ,形成动力失稳时, Df值下降, 表明 岩体裂纹的粗糙度在降低,加速了岩体破坏速度 ,大 · 1381·
。1382 北京科技大学学报 第32卷 震级事件在总事件中的比例比小震级事件大，既D 4 WangC L Xu BG Li SI,Sound wave measurment of rock 值的降低容易产生岩体动力失稳破坏.(3)当D值 mass pr Fankou deep orebody Mn Technol 2003 3(1):41 (王春来.徐必根李庶林.凡口铅锌矿深部岩体声波测试研 表现为平静期时，岩体相对平静.自2007年9月27 究.采矿技术，20033(1,41) 日至10月7日、11月29日至12月6日，岩体没有 [5 Jarg FX Luo X Plcatin of fracturing om icrose ismic monin 发生破坏，说明岩体在D值为相对平静期时，岩体 ring technokgy of stata underground coal m ine Chin J Geoech 裂纹扩展平稳.(4)当岩体发生破坏时，D值下降， Eng200224(2).147 而后D值表现为增加或相对平静期.(5)当D值越 (美福兴罗迅.微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应 小产生的岩体动力失稳破坏越大：反之，D值越大发 用.岩土工程学报200224(2：147) TangLZ YargCX Pan CI.OPtm izatin ofmicpseismicmai 生岩体动力失稳破坏越小.由表1可知2007年9 orng ne wok or arge_scale deep wellmning Chin J RocMech 月6日采场垮方量为400，t而图3中显示D值为较 Eng200625(10,2036 低值1398士0.18 (唐礼忠，杨承样，潘长良.大规模深井开采微震监测系统站网 综上所述，岩体破坏时D值下降，而后D值表 布置优化.岩石力学与工程学报.200625(10：2036) 现为增加或相对平静，这表明随着容量维的增大，岩 [7 W ang C L WuAX Xu B G et al Sudy on establistment and optmizatin ne work of he m icrose ismic monioring systm n a 石断裂面的粗糙度越大.D值越小，表明岩体裂纹 deep mne/The 10 th Congresss Smposium on Rock Mechanics& 粗糙度越低，发生岩体破坏引起高震级微震事件的 Eng neerng W ehai 2008 120 概率越大：反之，概率越小.也就是说D值减小发 (王春来吴爱样，徐必根等.某深井矿山微震监测系统建立 生岩体破坏的概率增加，反之发生岩体破坏的概率 与网络优化研究∥第十届岩石力学与工程大会论文集.减海 减小. 2008120) I8 W angCL Wu AX LiuX H etal Study on frac tal charac eristics 4结语 ofb value with micoseis ic activity in deep m ning Poc Eanh Planet S920091(1片592 对微震监测数据的研究表明：微震活动性参数 【身W ang C I,Wu A X LiuX H et al Mechanims ofmicooseim ic b和分形容量维D关系为D=2b随着开采扰动的 events occurred n a deep hard oock mine ofChina/The th Inter 变化，岩体局部产生应力集中、裂纹萌生和扩展，D na timnal Smposim on Rockburst and Seismicity inMines Dalian 值表现为增加或平静，这表明随着容量维的增大，岩 2009245 L10 Wu AX W ang C L.L u X H et al Charac teristics and mecha 石断裂面的粗糙度增加，但不发生采场动力灾害：当 nisms of rockburst in a deep mine n China The7 h Intemation D值急剧下降时，表明岩体裂纹的粗糙度在降低，采 al Symposim o Roddurst and Seismicity in Mines Dalian 场容易发生动力灾害，形成岩体失稳破坏：当岩体发 20091B7 生破坏后，D值表现为增加或相对平静：D值减小发 [11 Rundle J B Deriva tion of the comple te GutenbergR ichtermagi 生岩体破坏的概率增加，反之发生岩体破坏的概率 ude frequency e lation using he prnc ple of sca le invariance J 减小.这些特征可以用来解释岩体出现的岩爆、冒 G8 PhysRes198994(B9:12337 [12 Skwomir JG AndrzejK An Intoduction oMning Seimology 顶片帮等动力灾害现象，为准确预报工程岩体稳定 Beijing Seismokg ical Press 1998 性和提高工作安全环境提供依据. (Skwvon ir JG Andrze jK矿山地震学论.北京：地震出版 社.1998) 参考文献 [139 Brnk A VZ Application of a m icroseim ic system at W estem II]ZhaoXD Tang CA Li YH et al Prediction me thad of rock Deep Level∥Roddurst and seim icity n Mines Rotterd印 burst based on m icrose ismic moitorng and stress fiel analysis 199035 Chin J Rock Mech Eng 2005 24(SuPPl1):4745 14 Qn SQ LiZD Conspectus of Acoustic Emissicn Technopgy in 赵兴东，唐春安，李元辉等.基于微震监测及应力场分析的 Rods Chengd!Southwest JiaorngUniversity Press 1993 冲击地压预测方法.岩石力学与工程学报。2024（增刊1： (素四清，李造品.岩石声发射技术概论。成都西南交通大 4745) 学出版社。1993) I2 Mendecki A J SeismicMonitoring n Mines London Chapman 【l习Xie HP Fmctals in Rock Mehanics Rottedan AA Bakema and Hall 1997 Publishers 1993 [3 LiS L Yn X G ZhengW D eta]Research on multi channel [16 Dorg Y L X ieH P Zhao P Sudy an bVa ue and fractal dmen. micoseism ic moniprng systm and its application o Fankou LeaL s知D,of conc rete under oomp le te process compress知JEDP zincmine Chin J RockMech Eng 2005 24(12):2048 Meh199611(3片2卫 李庶林尹贤刚郑文达，等.凡口铅锌矿多通道微震监测系 (董毓利，谢和平，赵鹏.砼受压全过程声发射值与分形维 统及其应用研究.岩石力学与工程学报，200524(12)：2048) 数的研究.实验力学，199611(3)：272)
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 震级事件在总事件中的比例比小震级事件大 ,既 Df 值的降低容易产生岩体动力失稳破坏 .(3)当 Df值 表现为平静期时 ,岩体相对平静 .自 2007年 9月 27 日至 10月 7日、11月 29日至 12月 6日 ,岩体没有 发生破坏,说明岩体在 Df值为相对平静期时, 岩体 裂纹扩展平稳.(4)当岩体发生破坏时, Df值下降 , 而后 Df值表现为增加或相对平静期.(5)当 Df值越 小产生的岩体动力失稳破坏越大;反之, Df值越大发 生岩体动力失稳破坏越小 .由表 1 可知 2007 年 9 月 6日采场垮方量为 400 t, 而图 3中显示 Df值为较 低值 1.398 ±0.18. 综上所述,岩体破坏时 Df值下降, 而后 Df值表 现为增加或相对平静 ,这表明随着容量维的增大,岩 石断裂面的粗糙度越大.Df值越小, 表明岩体裂纹 粗糙度越低 ,发生岩体破坏引起高震级微震事件的 概率越大;反之, 概率越小.也就是说, Df值减小发 生岩体破坏的概率增加 , 反之发生岩体破坏的概率 减小. 4 结语 对微震监测数据的研究表明:微震活动性参数 b和分形容量维 Df关系为 Df=2b.随着开采扰动的 变化, 岩体局部产生应力集中 、裂纹萌生和扩展, Df 值表现为增加或平静 ,这表明随着容量维的增大,岩 石断裂面的粗糙度增加,但不发生采场动力灾害;当 Df值急剧下降时,表明岩体裂纹的粗糙度在降低 ,采 场容易发生动力灾害 ,形成岩体失稳破坏 ;当岩体发 生破坏后, Df值表现为增加或相对平静 ;Df值减小发 生岩体破坏的概率增加 , 反之发生岩体破坏的概率 减小.这些特征可以用来解释岩体出现的岩爆 、冒 顶片帮等动力灾害现象 , 为准确预报工程岩体稳定 性和提高工作安全环境提供依据. 参 考 文 献 [ 1] ZhaoXD, TangCA, LiYH, etal.Predictionmethodofrock burstbasedonmicroseismicmonitoringandstressfieldanalysis. ChinJRockMechEng, 2005, 24(Suppl1):4745 (赵兴东, 唐春安, 李元辉, 等.基于微震监测及应力场分析的 冲击地压预测方法.岩石力学与工程学报, 2005, 24(增刊 1): 4745) [ 2] MendeckiAJ.SeismicMonitoringinMines.London:Chapman andHall, 1997 [ 3] LiSL, YinXG, ZhengW D, etal.Researchonmulti-channel microseismicmonitoringsystemanditsapplicationtoFankouLeadzincmine.ChinJRockMechEng, 2005, 24(12):2048 (李庶林, 尹贤刚, 郑文达, 等.凡口铅锌矿多通道微震监测系 统及其应用研究.岩石力学与工程学报, 2005, 24(12):2048) [ 4] WangCL, XuBG, LiSL.Soundwavemeasurementofrock massforFankoudeeporebody.MinTechnol, 2003, 3(1):41 (王春来, 徐必根, 李庶林.凡口铅锌矿深部岩体声波测试研 究.采矿技术, 2003, 3(1):41) [ 5] JiangFX, LuoX.Placationoffracturingtomicroseismicmonitoringtechnologyofstrataundergroundcoalmine.ChinJGeotech Eng, 2002, 24(2):147 (姜福兴, 罗迅.微震监测技术在矿井岩层破裂监测中的应 用.岩土工程学报, 2002, 24(2):147) [ 6] TangLZ, YangCX, PanCL.Optimizationofmicroseismicmonitoringnetworkforlarge-scaledeepwellmining.ChinJRockMech Eng, 2006, 25(10):2036 (唐礼忠, 杨承祥, 潘长良.大规模深井开采微震监测系统站网 布置优化.岩石力学与工程学报, 2006, 25(10):2036) [ 7] WangCL, WuAX, XuBG, etal.Studyonestablishmentand optimizationnetworkofthemicroseismicmonitoringsystem ina deepmine∥The10thCongressSymposiumonRockMechanics＆ Engineering.Weihai, 2008:120 (王春来, 吴爱祥, 徐必根, 等.某深井矿山微震监测系统建立 与网络优化研究∥第十届岩石力学与工程大会论文集.威海, 2008:120 ) [ 8] WangCL, WuAX, LiuXH, etal.Studyonfractalcharacteristics ofbvaluewithmicroseismicactivityindeepmining.ProcEarth PlanetSci, 2009, 1(1):592 [ 9] WangCL, WuAX, LiuXH, etal.Mechanismsofmicroseismic eventsoccurredinadeephard-rockmineofChina∥The7thInternationalSymposiumonRockburstandSeismicityinMines.Dalian, 2009:245 [ 10] WuAX, WangCL, LiuXH, etal.CharacteristicsandmechanismsofrockburstinadeepmineinChina∥The7thInternationalSymposium onRockburstandSeismicityinMines.Dalian, 2009:1037 [ 11] RundleJB.DerivationofthecompleteGutenberg-Richtermagnitude-frequencyrelationusingtheprincipleofscaleinvariance.J GeophysRes, 1989, 94(B9):12337 [ 12] SlawomirJG, AndrzejK.AnIntroductiontoMiningSeismology. Beijing:SeismologicalPress, 1998 (SlawomirJG, AndrzejK.矿山地震学引论.北京:地震出版 社, 1998) [ 13] BrinkAVZ.ApplicationofamicroseismicsystematWestern DeepLevels∥ RockburstandseismicityinMines.Rotterdam, 1990:355 [ 14] QinSQ, LiZD.ConspectusofAcousticEmissionTechnologyin Rock.Chengdu:SouthwestJiaotongUniversityPress, 1993 (秦四清, 李造鼎.岩石声发射技术概论.成都:西南交通大 学出版社, 1993) [ 15] XieHP.FractalsinRockMechanics.Rotterdam:AABalkema Publishers, 1993 [ 16] DongYL, XieHP, ZhaoP.StudyonbValueandfractaldimensionDfofconcreteundercompleteprocesscompression.JExp Mech, 1996, 11(3):272 (董毓利, 谢和平,赵鹏.砼受压全过程声发射 b值与分形维 数的研究.实验力学, 1996, 11(3):272) · 1382·