劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓監(jiān)測(cè)及安全對(duì)策

摘 要：文章通過(guò)對(duì)劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓現(xiàn)狀的分析，采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)、礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)等綜合監(jiān)測(cè)手段對(duì)其地壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，有幾處礦柱聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍，某些礦柱應(yīng)力一直處于正壓狀態(tài)，進(jìn)而提出了一些針對(duì)性的安全對(duì)策，對(duì)指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)，預(yù)防礦山安全事故的發(fā)生具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：礦山安全；采空區(qū)；地壓監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：TD326 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）17-0056-03

經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)開(kāi)采，劉家畈鐵礦采礦活動(dòng)形成空區(qū)約190萬(wàn)m3，未予充填或崩落處理，依靠預(yù)留礦柱支撐頂板。面臨的主要地壓隱患如下：其一，支撐礦柱失穩(wěn)引發(fā)大范圍頂板失穩(wěn)的隱患。在原巖體中采掘形成一定空間，被開(kāi)挖巖體原來(lái)所承受的載荷就要轉(zhuǎn)移到它周圍的礦柱上，使其應(yīng)力增高。應(yīng)力集中若超過(guò)承載能力，就要發(fā)生破裂、破壞。其二，采場(chǎng)頂板局部冒落隱患?，F(xiàn)有空區(qū)暴露多年，受巖體風(fēng)化及暴露面積增加等因素影響，穩(wěn)定性會(huì)不斷降低，采場(chǎng)局部冒落的可能性在增加。

因此，本文采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等手段對(duì)劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，進(jìn)而有針對(duì)性地提出了采空區(qū)安全作業(yè)的有效對(duì)策。

1 采空區(qū)地壓現(xiàn)狀

II號(hào)礦體位于礦區(qū)中部偏西，礦體產(chǎn)出標(biāo)高在10m～－300 m之間；走向184°～278°；傾向274°～8°；傾角11°～45°。礦體最大厚度為47.46 m，一般在15～20 m之間，平均14.6 m。礦體在平面上呈一向南凸出的似菱角形，在垂直剖面上則為似層狀。在－150 m標(biāo)高以上，礦體長(zhǎng)度為200～250 m；在－150 m以下為900 m，傾斜最大延深550 m。從±0～-299 m，總空區(qū)傾斜方向水平投影最寬約450 m，主體空區(qū)走向方向長(zhǎng)度350 m。

回采時(shí)一些區(qū)段未留礦柱，采空區(qū)連成一片，暴露面積過(guò)大。長(zhǎng)期來(lái)看存在頂板大面積冒落隱患。由于后期水平底柱的回采，許多采空區(qū)上下相互連通，空區(qū)高度很大。空區(qū)過(guò)高，無(wú)法觀察上部情況，下部出礦作業(yè)人員面臨局部冒落、滾石等安全隱患。

Ⅲ礦體采空區(qū)埋深-150～-264 m?？諈^(qū)范圍，走向長(zhǎng)300 m，傾向?qū)?40 m。在-200～-264 m標(biāo)高與Ⅱ礦體空區(qū)相連通。Ⅲ礦體-200 m以上，礦體形態(tài)復(fù)雜，采礦過(guò)程中保留礦柱很少，形成多處連續(xù)空區(qū)。在-188 m水平6～8線中部空區(qū)中頂板冒落多處，6線下盤(pán)巷道拱肩部出現(xiàn)開(kāi)裂，出現(xiàn)局部的地壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。-200 m以上區(qū)域安全條件較差。

2 地壓監(jiān)測(cè)方案

采空區(qū)地壓監(jiān)測(cè)方案包括：巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)方案、地面沉降監(jiān)測(cè)方案、礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)方案。采用YSSC巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，采用ZLGH-20振弦式鉆孔應(yīng)力計(jì)及GSJ-2A智能檢測(cè)儀進(jìn)行礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)，采用SOKKIA SET530R全站儀進(jìn)行地表沉降觀測(cè)以及采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)。

2.1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)方案

對(duì)于地下礦山開(kāi)采過(guò)程中冒頂、片幫問(wèn)題，采用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)是國(guó)際上常用的監(jiān)測(cè)方法，這是目前國(guó)外廣泛應(yīng)用的金屬礦山安全監(jiān)測(cè)的基本手段。結(jié)合項(xiàng)目情況決定采用流動(dòng)的間斷性監(jiān)測(cè)方案。采用DYF-2型便攜式聲發(fā)射儀對(duì)某些重點(diǎn)部位不定期實(shí)施監(jiān)測(cè)，根據(jù)聲發(fā)射參量的變化，判斷巖體破壞趨勢(shì)，評(píng)價(jià)采空區(qū)頂板巖體的穩(wěn)定性，預(yù)報(bào)危險(xiǎn)破壞的來(lái)臨。

2.2 地面沉降監(jiān)測(cè)方案

地表沉降觀測(cè)可以定量地了解地面的升降。本礦目前已具備SOKKIA SET530R全站儀，并具有配套的操作操作人員，因此本方案采用該儀器進(jìn)行地表沉降觀測(cè)。在采空區(qū)對(duì)應(yīng)地面的潛在崩落區(qū)地表按80 m×80 m網(wǎng)度建立地表觀測(cè)網(wǎng)，布置覘標(biāo)，使用全站儀定期進(jìn)行地面移動(dòng)測(cè)量，分析地面變形動(dòng)態(tài)，預(yù)測(cè)可能的地面塌陷。

2.3 礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案

巖體應(yīng)力變化情況監(jiān)測(cè)采用振弦式鉆孔應(yīng)力計(jì)。通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)獲得礦柱及圍巖應(yīng)力變化量、變化速度、應(yīng)力分布情況，以及應(yīng)力集中和應(yīng)力變化最大的部位，為分析礦柱及圍巖的可能破壞部位和破壞范圍提供依據(jù)。以檢測(cè)的應(yīng)力值趨近破壞極限和應(yīng)力變化速度突然加快作為危險(xiǎn)可能發(fā)生的判據(jù)。

2.4 采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)方案

頂板位移監(jiān)測(cè)可采用方案有：多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)試；收斂計(jì)監(jiān)測(cè)；免棱鏡全鉆儀監(jiān)測(cè)。綜合考慮監(jiān)測(cè)成本、安裝條件等因素，免棱鏡全站儀比較符合頂板位移監(jiān)測(cè)要求。

3 地壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

劉家畈鐵礦建國(guó)副井設(shè)有7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，建民副井和建民主井分別設(shè)有9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，建政副井設(shè)有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

對(duì)以上各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建民副井-243m水平24線5柱的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示。圖中表示礦柱聲發(fā)射的能率、總事件、大事件的數(shù)量及變化趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)分析如下：

①某些礦柱的聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍。如：建政副井：-154 m水平3線11柱2；建民副井：-264 m水平24線6柱；-243 m水平24線5柱；-250 m水平24線7柱；；-250 m水平24線8柱；-261 m水平0-2線1柱；建民主井：-175 m水平6線7柱2；-150 m水平6～9線7柱。其中，有些礦柱的聲發(fā)射水平一直較高（結(jié)合前三年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)），如：建政副井：-154 m水平3線11柱2；建民副井：-243 m水平24線5柱。這些地方礦柱出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫。但前三年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，聲發(fā)射水平未出現(xiàn)隨時(shí)間逐步增高的情況。后續(xù)監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)嚴(yán)加防范，不得有絲毫懈怠。

②由于劉家畈礦區(qū)采空區(qū)大，礦柱承載應(yīng)力水平較高，礦柱本身堅(jiān)硬致密，信號(hào)衰減較少，因此，所監(jiān)測(cè)到的巖體聲發(fā)射5 min累計(jì)值和特征值總體較大。正常水平（未受采動(dòng)、水文、地質(zhì)條件擾動(dòng)）聲發(fā)射特征值一般為：大事件0～2個(gè)，總事件0～10個(gè)，能率0～800。該水平特征值仍在巖石發(fā)生破壞極限值內(nèi)。

部分礦柱的聲發(fā)射水平較高系受附近采礦(爆破)的影響，如：建民主井-251 m水平2線1柱（能率>900，總事件為753），經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)人員勾通，以后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已回歸合理范圍。

3.2 地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

在水泥臺(tái)測(cè)站觀測(cè)了1#、2#、3#、4#觀測(cè)點(diǎn)。

對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)的高度H繪制了趨勢(shì)折線圖，水泥臺(tái)1#觀測(cè)點(diǎn)高度數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)高度H的趨勢(shì)折線圖，除了個(gè)別測(cè)點(diǎn)因故被破壞而重新恢復(fù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)變化較大以外，本期地表觀測(cè)點(diǎn)高度無(wú)明顯變化（在測(cè)量誤差范圍）。

3.3 礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

共建成礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)孔10個(gè)。對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，06#孔應(yīng)力數(shù)據(jù)圖見(jiàn)圖3。

從各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力數(shù)據(jù)圖可知，除6#孔應(yīng)力一直處于正壓狀態(tài)外，其余測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力處于零壓狀態(tài)，說(shuō)明礦柱整體沒(méi)有地壓顯現(xiàn)。06#孔（-243 m 24線4#柱應(yīng)）應(yīng)力一直處于正壓狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并嚴(yán)密監(jiān)控。

3.4 采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

及分析

對(duì)建民副井-243 m頂板沉降觀測(cè)點(diǎn)1#、2#、3#、4#；建民主井-205 m頂板沉降觀測(cè)點(diǎn)1#、2#、3#；建政副井-154 m頂板沉降觀測(cè)點(diǎn)1#、2#、3#進(jìn)行了沉降觀測(cè)。

對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)的高度H繪制了趨勢(shì)折線圖，其中建民主井-205 m頂板觀測(cè)點(diǎn)的高度折線圖見(jiàn)圖4。

從各觀測(cè)點(diǎn)高度折線圖可知，建民副井-243 m頂板沉降4#觀測(cè)點(diǎn)、建政副井-154 m頂板沉降2#觀測(cè)點(diǎn)高度數(shù)據(jù)變化較大，系觀測(cè)點(diǎn)變動(dòng)所致。其余頂板沉降觀測(cè)點(diǎn)高度數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化（在測(cè)量誤差范圍）。說(shuō)明所測(cè)采場(chǎng)頂板目前基本穩(wěn)定。

4 安全對(duì)策

根據(jù)上述監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，提出如下安全對(duì)策：

①礦方應(yīng)對(duì)礦山地壓活動(dòng)情況給予高度重視，應(yīng)嚴(yán)格按照開(kāi)采設(shè)計(jì)進(jìn)行開(kāi)采。每個(gè)井口同時(shí)開(kāi)采的工作面控制在2個(gè)以下，以減少采掘生產(chǎn)對(duì)采空區(qū)的影響，不得擅自隨意增加采掘工作面，不得進(jìn)行超能力開(kāi)采。每個(gè)井口單班作業(yè)人員總?cè)藬?shù)控制在9人以下。

②對(duì)建民副井-243 m礦柱等已經(jīng)出現(xiàn)礦柱開(kāi)裂的危險(xiǎn)處和應(yīng)力異常之處，應(yīng)停止作業(yè)，并應(yīng)盡快實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。

③對(duì)礦山地壓運(yùn)用綜合監(jiān)測(cè)手段，對(duì)礦柱應(yīng)力、采空區(qū)頂板位移、地面沉降、巖體聲發(fā)射實(shí)施全方位的監(jiān)測(cè)。對(duì)巖體聲發(fā)射水平較高區(qū)域，以及有些出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫且前三年聲發(fā)射水平一直較高的礦柱（如：建民副井-243 m水平24線5柱）及附近區(qū)域應(yīng)綜合運(yùn)用各種監(jiān)測(cè)手段，加大監(jiān)測(cè)頻度。

④人工監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)在生產(chǎn)之前，監(jiān)測(cè)人員還應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周邊環(huán)境（如：礦柱裂紋）情況進(jìn)行觀察并記錄。

⑤引進(jìn)采礦、安全等相關(guān)專業(yè)技術(shù)和管理人才。加強(qiáng)對(duì)井下作業(yè)人員的安全培訓(xùn)和管理；加強(qiáng)監(jiān)測(cè)人員操作技能培訓(xùn)，特別是加強(qiáng)監(jiān)測(cè)人員的安全意識(shí)及識(shí)別事故征兆能力的培訓(xùn)。

⑥完善井下安全設(shè)施，定期進(jìn)行應(yīng)急救援演練。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)劉家畈鐵礦采空區(qū)存在頂板冒落、礦柱開(kāi)裂、底板下沉等地壓現(xiàn)象，采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)、礦柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測(cè)等綜合監(jiān)測(cè)手段對(duì)劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。對(duì)各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，建民主井-261m水平0～2線1柱與建民副井-243 m水平24線5柱的聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍，6#孔（-243 m 24線4#柱）礦柱應(yīng)力一直處于正壓狀態(tài)。對(duì)以上已經(jīng)出現(xiàn)礦柱開(kāi)裂的危險(xiǎn)處和應(yīng)力異常之處，應(yīng)停止作業(yè)，并應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，且應(yīng)盡快實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。此外，企業(yè)應(yīng)落實(shí)安全生產(chǎn)工作相關(guān)政策，對(duì)井下工作人員應(yīng)加強(qiáng)安全知識(shí)培訓(xùn)，完善井下安全設(shè)施，定期進(jìn)行應(yīng)急救援演練，確保井下生產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭君.抓重點(diǎn)抓深化 加快推進(jìn)煤礦“六大系統(tǒng)”建設(shè)——訪國(guó)家安全監(jiān)管總局副局長(zhǎng)、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局局長(zhǎng)趙鐵錘[J].勞動(dòng)保護(hù)，2011，(10):24-26.

[2] 韓軍，張宏偉，劉志偉.礦區(qū)巖體應(yīng)力狀態(tài)研究及其應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(5):9-12.

[3] 熊飛，王耀輝，唐新建，等.用全站儀進(jìn)行隧道拱頂及地表沉降觀測(cè)[J].土工基礎(chǔ)，2009，(1):77-80.

[4] 胡靜云，林峰，彭府華，等.香爐山鎢礦殘采區(qū)地壓災(zāi)害微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2010，(4):113-119.