云南鶴慶小天井礦區(qū)地表沉降變形安全監(jiān)測

楊壽江

0 前 言

礦山由于采礦生產(chǎn)活動，采礦區(qū)內(nèi)井下圍巖、地表沉降變形是普遍存在的，他給礦山安全生產(chǎn)帶來一定的安全隱患。因此，變形監(jiān)測是礦山安全生產(chǎn)管理中非常重要的工作之一，他伴隨采礦活動的整個過程，為安全生產(chǎn)提供可靠的安全預(yù)警。礦山變形監(jiān)測部位主要是井下的采空區(qū)、巷道，地表塌落線范圍的地面[1]。

為了避免造成嚴重的環(huán)境破壞、人員傷害，當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)變形位移速度急劇增大時，就要立即撤出人員和采掘、運輸設(shè)備，以確保人員及設(shè)備的安全。通過對山體變形的觀測，研究變形隨時間的變化規(guī)律，可進一步研究引起崩落塌陷的成因，預(yù)報大的礦山地質(zhì)災(zāi)害；對采空區(qū)、巷道頂?shù)装宓挠^測，可以研究圍巖的地壓活動規(guī)律，為巷道的維護，采空區(qū)的放頂安全管理等工作提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

云南鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司所屬的小天井礦區(qū)，最早為露天開采，后轉(zhuǎn)為井下采掘，已生產(chǎn)近30年，采礦方法有：人工柱錨桿房柱法；分層崩落法；上向進路分層干式充填法等。多年的采掘活動導(dǎo)致礦區(qū)地壓增大，公司為此加強了安全生產(chǎn)管理，建立了安全標準化體系。地壓活動監(jiān)測是安全標準化體系的重要組成部分，小天井礦區(qū)地表、井下都已建立變形監(jiān)測系統(tǒng)，主要進行日常地壓監(jiān)測。

小天井地表監(jiān)測的主要任務(wù)是：提供地面惡性變形的報警，保證作業(yè)人員及設(shè)備的安全，在變形趨穩(wěn)時解除警報，以利組織生產(chǎn)；提供可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，以識別不穩(wěn)定變形和潛在破壞性的機制及其影響范圍，以制定防災(zāi)、減災(zāi)措施；提供監(jiān)測信息以便調(diào)整采掘計劃或修改設(shè)計；在地表發(fā)生塌落等地質(zhì)災(zāi)害時參與處理，提供安全監(jiān)測。

1 監(jiān)測技術(shù)依據(jù)及精度要求

技術(shù)上主要依據(jù)《工程測量規(guī)范》和《全站儀測量操作規(guī)程》，見表1～2[2-3]。

表1 導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求

表2 水準測量的主要技術(shù)要求

精度要求：根據(jù)《工程測量規(guī)范》中變形測量的相關(guān)要求，監(jiān)測控制網(wǎng)點為礦區(qū)內(nèi)10 s加密控制及15 s加密散點[4]。

2 監(jiān)測控制網(wǎng)的建立與布設(shè)

根據(jù)公司現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備條件，監(jiān)測使用的儀器為全站儀，監(jiān)測控制網(wǎng)為小天井礦區(qū)10 s加密控制網(wǎng)點，監(jiān)測控制點數(shù)3個(1、2及B)。

變形監(jiān)測點共7個(B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7)，依小天井礦區(qū)的實際地形[4]，地勢東南低西北高，東南部為原露天采場，從南至北布設(shè)，呈倒“U”字型貫穿于沉降區(qū)內(nèi)?？刂泣c位于礦區(qū)東南側(cè)，在沉降區(qū)之外，控制點B與7個變形監(jiān)測點通視良好。參見平面布置圖1。

圖1 小天井礦區(qū)地表變形監(jiān)測平面布置

對于變形監(jiān)測中的基準點即觀測站，在變形觀測中認為他們是穩(wěn)定的，但在實際情況中，基準點也有可能發(fā)生位置的移動。所以在變形監(jiān)測過程中，為了保證基準點的穩(wěn)定性，要在一定時間間隔內(nèi)對基準點進行觀測，確定其是否穩(wěn)定?？刂凭W(wǎng)復(fù)測周期應(yīng)該根據(jù)測量目的、點位和穩(wěn)定情況確定，一般每隔半年復(fù)測1次。如不進行控制網(wǎng)定期復(fù)測，將對以前和以后的復(fù)測資料分析帶來不利因素。

控制點1、2為刻石點，B為埋石點，變形監(jiān)測點B1至B7均為刻石點。

3 監(jiān)測方案選擇

根據(jù)實際工作情況要求，監(jiān)測時間間隔選定為每月1次。

在觀測控制點B上設(shè)站，以1或2為后視，分別在監(jiān)測點B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7上置返射棱鏡，進行三維坐標值觀測并存儲。在此過程中，操作上主要注意測站高的量取精度，反射鏡安置精度。

4 監(jiān)測資料數(shù)據(jù)的處理與分析

4.1 觀測資料的整理

外業(yè)觀測的三維數(shù)據(jù)都存儲在儀器內(nèi)，內(nèi)業(yè)工作就是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機，分別編制監(jiān)測點位位移圖表，并依此進行變形監(jiān)測分析。平面和高程的時間—位移曲線見圖2～3。

1 B1； 2 B2； 3 B3； 4 B4； 5 B5； 6 B6； 7 B7

1 B1； 2 B2； 3 B3； 4 B4； 5 B5； 6 B6； 7 B7

4.2 觀測數(shù)據(jù)結(jié)果的分析

從圖表中可以看出：a不論是平面位移還是高程沉降，各監(jiān)測點都有變化，也就是說地表在井下采礦之后確實有變形情況發(fā)生；b各監(jiān)測點的變形大小各不相同，平面和高程都如此；c各監(jiān)測點的變形趨勢基本相同，即在2011年之內(nèi)的變化較大，特別是1月份到6月份最突出，6月份之后就基本趨于穩(wěn)定了。2011下半年至2013上半年這2年之內(nèi)，地表變形移動不大，說明地表已處于較穩(wěn)定時期；d從變形數(shù)據(jù)上反映出觀測誤差的存在，但并不影響監(jiān)測分析結(jié)論。

5 結(jié) 語

監(jiān)測控制網(wǎng)點布設(shè)因地制宜，很好地解決了地表沉降觀測基點設(shè)站難的問題，方便日常監(jiān)測工作；監(jiān)測方法簡便，且效果較好，數(shù)據(jù)簡單，圖表直觀便于分析；監(jiān)測成果成為礦山安全生產(chǎn)中設(shè)計、施工的重要參考依據(jù)。

對小天井礦區(qū)地表沉降變形觀測，從開采塌落范圍內(nèi)出現(xiàn)地表裂隙起就已開始，特別是在實行礦山安全標準化以來，變形監(jiān)測作為安全生產(chǎn)的重要工作之一，已作為常態(tài)化、系統(tǒng)化的工作，達到了變形安全監(jiān)測的目的。

隨著礦山開采的進行，采空區(qū)面積不斷增大，井巷地壓也在增大，監(jiān)測工作顯得更為重要。因此，在堅持地表變形監(jiān)測不間斷的同時，要尋求完善監(jiān)測的方法措施，建立井下地壓觀測系統(tǒng)，綜合監(jiān)測分析。同時從管理上下功夫，只有這樣，才能使安全生產(chǎn)監(jiān)控在礦山安全生產(chǎn)中發(fā)揮出最大的社會、經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安全評價(第3版)[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2005.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部. 工程測量規(guī)范(GB50026-93)[M]. 北京: 中國計劃出版社, 2001.

[3] 關(guān)桂良. 礦山測量[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 1987.

[4] 西南有色地質(zhì)勘探公司三一O地質(zhì)隊. 云南省鶴慶縣鶴慶錳礦小天井礦段地質(zhì)詳查報告[R]. 大理:[出版者不詳],1989.