某金礦殘礦回采地壓監(jiān)測實踐

鐘生元，李印洪 ，經(jīng)民富，劉偉強

(1.湖南有色冶金勞動保護研究院， 湖南 長沙 410014；2.廣西大學 資源與冶金學院， 廣西 南寧 530004)

隨著采礦工作的推進，地下礦山會逐漸形成各種井巷、采空區(qū)等，打破原來巖體的平衡狀態(tài)，使巖體應力進行重分布。隨之而來的將可能是地壓危害，如：地表塌陷、冒頂、片幫等，這將嚴重威脅到井下作業(yè)人員和設(shè)備物資的安全，使生產(chǎn)工作難以正常開展，造成巨大的經(jīng)濟損失和安全危害。因此，有效監(jiān)測地壓和控制巖層穩(wěn)定性是地下開采的一項重要工作。

某金礦山盲21#脈經(jīng)過多年的開采，全面采礦方法開采留下一些品位較高的頂、底、點柱；削壁充填法開采留下大量含一定品位的充填料，但由于地壓活動危害，至今難以有效回采。為充分對這部分資源進行安全回收，進行了殘礦回采研究，其中殘礦回收地壓監(jiān)測和采空區(qū)穩(wěn)定性的分析是其中一重要部分。

1 盲21#脈采空區(qū)地壓顯現(xiàn)特征

盲21#脈生產(chǎn)中主要以連續(xù)開采為主，大面積采空區(qū)相連通，因此，空區(qū)規(guī)模較大。部分采空區(qū)因治理工作的滯后，已發(fā)生垮塌。

該金礦盲21#脈最大埋深約為500 m，地壓較大，以往的生產(chǎn)過程中曾有局部巖爆的發(fā)生，采空區(qū)內(nèi)的地壓顯現(xiàn)較為明顯，主要體現(xiàn)在：

(1) 局部塌陷，盲21#脈開采范圍內(nèi)已有5處較大規(guī)模的塌陷區(qū)，頂板下沉較為嚴重；

(2) 沿脈巷道已有一定程度的變形；

(3) 部分區(qū)域頂板圍巖有不同程度的破壞。

2 殘礦回采地壓監(jiān)測

目前較為成熟各種監(jiān)測方法均有其一定的監(jiān)測適用范圍，根據(jù)該礦實際情況，針對上述地壓顯現(xiàn)的特征，僅僅選用單一的監(jiān)測方法難以反映地壓的實際情況，經(jīng)過反復研究論證，采用鋼弦壓力盒、巷道變形收斂儀和聲發(fā)射儀聯(lián)合進行地壓監(jiān)測[1]。

2.1 巖體壓力監(jiān)測

采用鋼弦壓力盒進行巖體壓力監(jiān)測，鋼弦式壓力盒頻率輸出可用數(shù)字頻率計進行直觀讀數(shù)，采用609A型數(shù)字頻率計，609A型數(shù)字頻率計是鋼弦式壓力盒的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，借此算出壓力盒的壓力。

監(jiān)測自測點安裝完成后即開始，每天監(jiān)測一次。監(jiān)測過程中，應力發(fā)生突然變化或出現(xiàn)其他突發(fā)事件，加強監(jiān)測，所有測點采用相同的監(jiān)測周期[2]。

在人工連續(xù)礦柱位置回采時，采用木材臨時支護，在一條回采進路中布置兩個測點，將鋼弦壓力盒布置于木材頂端，直接與采場頂板接觸受壓。充填時，不取出，繼續(xù)監(jiān)測頂板壓力。

在人工點柱充填前，在人工點柱中心位置采用木材與采場頂板接觸受壓，一個人工點柱安裝一個鋼弦壓力盒。

在采場選取5個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點分10個時間段進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表1。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以得出，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的起始應力值一般為0.5～3 MPa。充填體內(nèi)所受壓力較大，最大壓力為4.66 MPa，充填體外所受壓力較小，只有0.27 MPa。人工礦柱對采場的頂板起到了較好的支撐作用。

2.2 巖移監(jiān)測

采用巷道變形收斂儀監(jiān)測頂板巖移，巷道變形收斂儀測量巷道在圍巖壓力作用下，巷道斷面的收縮量。

表1 部分鋼弦壓力盒監(jiān)測記錄(單位：kPa)

每個中段回采時，在中段運輸巷道每隔30～50 m設(shè)監(jiān)測斷面，每組5個測點，斷面布置在主運輸巷道內(nèi)。斷面內(nèi)的測點采用三角形布點法設(shè)置[3]。幫部測點布置在邊幫兩側(cè)表面，其距離底板為1.6 m。保證位于同一測面的測點在同一垂直面內(nèi)。

自測點安裝完成后即開始監(jiān)測，每兩天監(jiān)測一次。監(jiān)測過程中，位移速度發(fā)生突然變化或出現(xiàn)其他突發(fā)事件，加強監(jiān)測。整個斷面內(nèi)的各基線和測點采用相同的監(jiān)測周期。

在盲21#脈194中段選取兩個監(jiān)測斷面，監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 部分巷道變形收斂儀監(jiān)測記錄

通過監(jiān)測結(jié)果可以得出，監(jiān)測區(qū)域巷道變形可以分為3個階段，分別是活動期、趨于平穩(wěn)期和穩(wěn)定期?；顒悠谠?～60 d左右，在此期間AB收斂值和BC收斂值變化較大，這是由于監(jiān)測點下方采場采礦所造成的；趨于平穩(wěn)期在60～80 d左右，在此期間，巖移趨向緩和，變化較??；穩(wěn)定期在80～100 d左右，采場回采基本結(jié)束，巖移較穩(wěn)定，變化平穩(wěn)。

2.3 巖體聲發(fā)射監(jiān)測

聲發(fā)射儀主要布置在回采采場及回采后的采空區(qū)里，了解回采時的巖體破壞情況,對巖體微破裂產(chǎn)生的聲發(fā)射進行監(jiān)測與定位[4]。

因此，監(jiān)測并掌握巖體結(jié)構(gòu)破壞時的特征，就可預報工程巖體的穩(wěn)定性和安全程度。

巡回監(jiān)測時每孔連續(xù)監(jiān)測10 min,記下每一分鐘的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)巖體聲發(fā)射信號較多或數(shù)據(jù)有急劇變化，則每天至少要監(jiān)測一次，并且延長每次監(jiān)測時間。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在采場內(nèi)布設(shè)監(jiān)測孔，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。

表3 部分聲發(fā)射監(jiān)測參數(shù)值

監(jiān)測結(jié)果表明：巖體從穩(wěn)定到破壞產(chǎn)生共經(jīng)歷了3個不同時期，分別是平穩(wěn)期、劇烈活動期和前兆期。平穩(wěn)期內(nèi)巖體聲發(fā)射參數(shù)值的活動范圍較??；劇烈活動期內(nèi)巖體處于破壞的發(fā)展階段，所承受的力較大，巖體局部有開裂和滑移現(xiàn)象，事件數(shù)和能率增加明顯；前兆期巖體破裂速度較快，并有掉渣的現(xiàn)象，巖體處于很不穩(wěn)定的狀態(tài)，巖體的聲發(fā)射參數(shù)值相應減少[5￣7]。

3 結(jié) 語

(1) 結(jié)合礦山實際，采用鋼弦壓力盒、巷道變形收斂儀和聲發(fā)射儀對殘礦回采區(qū)域進行地壓監(jiān)測，所得分析結(jié)果能表明,該區(qū)域地壓相對穩(wěn)定，殘礦回收安全可靠。

(2) 將鋼弦壓力盒、巷道變形收斂儀、聲發(fā)射儀聯(lián)合應用于殘礦開采空區(qū)地壓監(jiān)測，為其它類似礦山地壓監(jiān)測提供參考和借鑒。

(3) 要勤到現(xiàn)場，對異?，F(xiàn)象要及時分析處理；對監(jiān)測方案、儀器要常檢查，對所獲得數(shù)據(jù)資料要勤分析、反饋、討論；及時解決所碰到的問題，從而形成長效的監(jiān)測機制[8]。

(4) 監(jiān)測系統(tǒng)建成后，對某金礦的殘采區(qū)域進行24 h監(jiān)測，為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供了可靠的依據(jù)，為井下工人的生命和財產(chǎn)安全和礦山的正常生產(chǎn)提供了保障。

參考文獻：

[1]趙 奎.礦山地壓監(jiān)測[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[2]趙 奎.礦山巖石力學若干測試技術(shù)及其分析方法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]趙國彥，劉立順，栗紅玉,等.采場巖移規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測試驗及時間序列預報[J].長沙：中南大學學報，2012,43(6):2300￣2307

[4]劉建東.基于聲發(fā)射與微震技術(shù)的新型巖體穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)及應用[J].北京：有色金屬(礦山部分)，2008,60(4):32￣35

[5]王 寧，雷勁松，韓志型. 巖體聲發(fā)射量化指標在采場穩(wěn)定性監(jiān)測中的應用[J].有色金屬，2008，60(1)：96￣100.

[6]李俊平，夏 偉，戴海樹. 聲發(fā)射技術(shù)在采礦工程中的應用[J].中國鉬業(yè)，2000，24(2):16￣19.

[7]周崇仁.礦柱回采與空區(qū)處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

[8]潘 斌，龍 濤.金屬礦山地壓控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].銅業(yè)工程，2008，1：8￣11.