·612* 北京科技大学学报 第34卷 之前，表明由于及时对采空区进行了膏体充填，顶板 动，能够定量有效地对地压活动区进行圈定，从而对 应力状态得到改善，微震活动随之停止· 各采场结构开展有针对性的研究.此时段内微震聚 聚类1、2和3分别由1399m水平1、3盘区及 集区与开采活动基本对应，其聚类中心较分散，相互 1339m水平1盘区的回采活动诱导产生，该区域内 孤立，互不影响，说明这段时间的采掘活动只对其开 微震事件数较多，共528起，为事件总量的39%，但 挖围岩产生影响，而不会引起大范围的岩层活动，地 平均能级较低，仅为1.5kJ左右，在时间上，其分布 压活动相对稳定，局部地段会出现小规模的岩体破 较均匀，伴随了整个回采过程.聚类4位于1331m 坏事件. 中段下盘，由1357m水平出矿道掘进活动诱导产 2.3微地震活动时间序列分析 生，事件分布较为零散，且平均能级较低.同时，随 微震监测的目的在于通过对矿震活动时空变化 着掘进活动的结束及支护工程的实施，围岩应力二 特征的研究，掌握井下地压活动规律，进而对井下岩 次分布，微震活动也相应停止.聚类5远离采掘范 体稳定性做出判断.研究表明，当某区域微震事件 围，分布于1331m中段北西断层带附近，事件在空 数量足够多时，可通过震源参数的时间序列曲线来 间上相对集中，呈长条形由矿体上盘向下盘发展，走 分析岩体的应力变形规律，从而探寻岩体失稳破坏 向与F,断层一致，事件数量较少，但震级处于较高 的前兆特征☒.由于采场围岩的稳定性是矿山安 水平，平均能级为其他聚类的3倍，且在时间上分布 全生产关注的关键对象，同时前述研究表明回采区 较为零散，推测其产生可能与断层的剪切滑移有关， 域聚集了大部分的微震活动，因此本文针对聚类1、 开采扰动导致深部断层被激活，断层面的剪切滑移 导致大量应变能释放，同时伴随少量能量较大的微 2和3三区域中的微震活动进行了时间序列分析， 震事件产生 研究参数为累计事件数∑N及累计能量∑E,单 通过微震活动时空聚类分析，结合现场开采活 位统计时间为△，建立其时间序列曲线如图5所示 300(a 60 ◆一聚类1 M=0.4 ◆一聚类1 -0.4 500 250 ·一聚类2 。一聚类2 一聚类3 200 士一聚类3 400 边 300 50 重10 20 50 100 装融 10-09 0-19 0-29-8-18-2812-8 10-09 10-19 0291-8-8-232-8 监测山期（月-川） 监测日期月-日) 图5微震参数时间序列曲线.(a)∑N:(b)∑E Fig.5 Time series curves of microseism parameters:(a)）∑N:(b)∑E 观察发现，微震累计事件数∑N和累计能量 0.4.在此期间，1399m水平2号出矿道帮壁出现零 ∑E时间序列曲线变化特征一致，具有较高的相 星片帮及剥落现象，并在11月9日晚班，于巷道东 端发生一次小规模顶板垮冒事件，冒落量约3m3. 关性，其中聚类2和3两曲线均呈平稳持续增加趋 究其原因是由于两翼小矿体的回采活动，导致中间 势，且能量释放较小，说明该区域岩体不具备大量能 2号盘区矿岩应力集中，当其受载到一定程度时，岩 量积蓄后突然释放从而形成严重动力破坏的条件， 体发生宏观破坏并伴随大量应变能的释放.因此， 因此围岩相对稳定.聚类1中两曲线均出现了明显 的平静阶段，参数值在10月23日左右持续几天不 可以认为在微震累计事件数∑V及累计能量 变后，在11月6日附近突然增加，∑N由150突 ∑E持续增加情况下的突然停止是岩石发生破裂 增到234，期间释放能量约150kJ.这表征了围岩内 的前兆现象，预示区域内岩体稳定性变差 存储应变能由积蓄到突然释放的过程，预示失稳破 3 岩体稳定性研究的一般模式 坏事件的发生，事实上系统在11月8日左右，共监 测到五次M>0.0的微震事件，最大震级为M1= 根据上述研究结果，建立了基于微震监测技术北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 之前，表明由于及时对采空区进行了膏体充填，顶板 应力状态得到改善，微震活动随之停止． 聚类 1、2 和 3 分别由 1 399 m 水平 1、3 盘区及 1 339 m水平 1 盘区的回采活动诱导产生，该区域内 微震事件数较多，共 528 起，为事件总量的 39% ，但 平均能级较低，仅为 1. 5 kJ 左右，在时间上，其分布 较均匀，伴随了整个回采过程． 聚类 4 位于 1 331 m 中段下盘，由 1 357 m 水平出矿道掘进活动诱导产 生，事件分布较为零散，且平均能级较低． 同时，随 着掘进活动的结束及支护工程的实施，围岩应力二 次分布，微震活动也相应停止． 聚类 5 远离采掘范 围，分布于 1 331 m 中段北西断层带附近，事件在空 间上相对集中，呈长条形由矿体上盘向下盘发展，走 向与 F4断层一致，事件数量较少，但震级处于较高 水平，平均能级为其他聚类的 3 倍，且在时间上分布 较为零散，推测其产生可能与断层的剪切滑移有关， 开采扰动导致深部断层被激活，断层面的剪切滑移 导致大量应变能释放，同时伴随少量能量较大的微 震事件产生． 通过微震活动时空聚类分析，结合现场开采活 动，能够定量有效地对地压活动区进行圈定，从而对 各采场结构开展有针对性的研究． 此时段内微震聚 集区与开采活动基本对应，其聚类中心较分散，相互 孤立，互不影响，说明这段时间的采掘活动只对其开 挖围岩产生影响，而不会引起大范围的岩层活动，地 压活动相对稳定，局部地段会出现小规模的岩体破 坏事件． 2. 3 微地震活动时间序列分析 微震监测的目的在于通过对矿震活动时空变化 特征的研究，掌握井下地压活动规律，进而对井下岩 体稳定性做出判断． 研究表明，当某区域微震事件 数量足够多时，可通过震源参数的时间序列曲线来 分析岩体的应力变形规律，从而探寻岩体失稳破坏 的前兆特征［12］． 由于采场围岩的稳定性是矿山安 全生产关注的关键对象，同时前述研究表明回采区 域聚集了大部分的微震活动，因此本文针对聚类 1、 2 和 3 三区域中的微震活动进行了时间序列分析， 研究参数为累计事件数 ∑ N 及累计能量 ∑ E，单 位统计时间为 Δt，建立其时间序列曲线如图5 所示． 图 5 微震参数时间序列曲线． ( a) ∑ N; ( b) ∑ E Fig． 5 Time series curves of microseism parameters: ( a) ∑ N; ( b) ∑ E 观察发现，微震累计事件数 ∑ N 和累计能量 ∑ E 时间序列曲线变化特征一致，具有较高的相 关性，其中聚类 2 和 3 两曲线均呈平稳持续增加趋 势，且能量释放较小，说明该区域岩体不具备大量能 量积蓄后突然释放从而形成严重动力破坏的条件， 因此围岩相对稳定． 聚类 1 中两曲线均出现了明显 的平静阶段，参数值在 10 月 23 日左右持续几天不 变后，在 11 月 6 日附近突然增加，∑ N 由 150 突 增到 234，期间释放能量约 150 kJ． 这表征了围岩内 存储应变能由积蓄到突然释放的过程，预示失稳破 坏事件的发生，事实上系统在 11 月 8 日左右，共监 测到五次 ML ＞ 0. 0 的微震事件，最大震级为 ML = 0. 4． 在此期间，1 399 m 水平 2 号出矿道帮壁出现零 星片帮及剥落现象，并在 11 月 9 日晚班，于巷道东 端发生一次小规模顶板垮冒事件，冒落量约 3 m3 ． 究其原因是由于两翼小矿体的回采活动，导致中间 2 号盘区矿岩应力集中，当其受载到一定程度时，岩 体发生宏观破坏并伴随大量应变能的释放． 因此， 可以认为在微震累计事件数 ∑ N 及 累 计 能 量 ∑ E 持续增加情况下的突然停止是岩石发生破裂 的前兆现象，预示区域内岩体稳定性变差． 3 岩体稳定性研究的一般模式 根据上述研究结果，建立了基于微震监测技术 ·612·