殘礦回采地壓監(jiān)測技術(shù)研究

陸 剛，廖小康

(1.廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 廣西 河池市 547102;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

殘礦回采地壓監(jiān)測技術(shù)研究

陸 剛1，廖小康2

(1.廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 廣西 河池市 547102;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

分析了北山礦殘礦開采區(qū)域的采空區(qū)穩(wěn)定性和地壓活動情況，建立了聲發(fā)射監(jiān)測、應(yīng)力在線監(jiān)測和頂板巖層移動監(jiān)測系統(tǒng)，通過對多種地壓監(jiān)測手段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對該區(qū)域的地壓活動進(jìn)行了評估，為礦山安全生產(chǎn)提供了保證。

地壓監(jiān)測；殘礦回采；聲發(fā)射

1 概 況

廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司是一座以鋅和硫鐵為主的并伴生有鉛和銀等貴重金屬的大型綜合礦床。礦山1993年建礦投產(chǎn)，90年代后期礦業(yè)秩序混亂，民采等形成了1#、2#、3#、4#四個大采空區(qū)，經(jīng)過整頓，目前采空區(qū)已經(jīng)處理，在采空區(qū)1#和4#采空區(qū)下盤還殘存有60萬t礦體沒有開采。

由于該礦山是一座季節(jié)性水淹礦山，每年4～9月的雨季280 m標(biāo)高以下水平都會被水淹，不能生產(chǎn)出礦，10月開始抽水，需要45 d時間把水抽干。而280 m標(biāo)高以上水平目前只有位于采空區(qū)下盤的60萬t礦體沒有開采，為了保持礦山雨季生產(chǎn)的延續(xù)性，急需開采回收該部分殘礦及小礦體。

2 地質(zhì)條件與殘礦回采方法

2.1 地質(zhì)條件

礦區(qū)位于江南古陸的南西端，I級構(gòu)造單元屬于南華準(zhǔn)地臺，Ⅱ級構(gòu)造單元為桂中——桂東臺陷，位于桂中凹陷的羅城褶皺斷裂帶西北側(cè)。區(qū)內(nèi)地層、巖性組合較復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，區(qū)域構(gòu)造線主要為北東向，其中上朝區(qū)域性斷裂F4從礦區(qū)通過，對成礦有利，礦產(chǎn)豐富。礦體頂、底板圍巖均為灰?guī)r或白云巖，礦體與夾石圍巖界線清楚。

2.2 采礦方法

370 m標(biāo)高以上獨立或分支小礦體采用房柱采礦法回采，280～370 m標(biāo)高殘礦(主礦體邊沿延伸礦體、礦壁殘礦、冒落區(qū)內(nèi)殘礦及原采場未采完礦體)主要采用無底柱分段崩落法回采。

3 地壓監(jiān)測

為有效監(jiān)測280 m標(biāo)高以上水平殘礦開采地壓活動情況，在280 m、310 m、340 m和370 m水平的巷道布置了一套聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)(10個聲發(fā)射探頭)、一套應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)(8個應(yīng)力計探頭)和位移計監(jiān)測(8個探頭)，其中聲發(fā)射監(jiān)測和應(yīng)力實現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，可以在地表的地壓監(jiān)測室24 h不間斷監(jiān)測井下聲發(fā)射活動和應(yīng)力變化情況，聲發(fā)射探頭布置情況如圖1所示。

圖1 聲發(fā)射探頭布置位置

3.1 聲發(fā)射監(jiān)測及分析

采用長沙礦山研究院研究有限責(zé)任公司開發(fā)的STL-12聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)從2013年11月安裝調(diào)試好開始監(jiān)測至今，長期監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，隨著開采和掘進(jìn)活動的增加，聲發(fā)射事件數(shù)和能率都有所增加，總體來說區(qū)域的聲發(fā)射活動總體處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，北山礦典型聲發(fā)射波形如圖2所示。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測及分析

應(yīng)力監(jiān)測采用的是洛賽爾公司的ZLGH-40應(yīng)力計和DQ-n采集器，通過遠(yuǎn)程桌面連接和數(shù)據(jù)調(diào)取，實現(xiàn)地表在線監(jiān)測各測點應(yīng)力變化情況，設(shè)置為每4 h監(jiān)測一次數(shù)據(jù)，在2014年1月30日至5月6日的監(jiān)測期內(nèi)各應(yīng)力變化情況如圖3所示。

圖2 北山礦典型聲發(fā)射波形

圖3 1#、3#、4#和5#應(yīng)力監(jiān)測變化情況

在監(jiān)測期內(nèi)，1#探頭的應(yīng)力基本沒有變化，3#探頭應(yīng)力較小，且有下降的趨勢，4#探頭應(yīng)力有所上升，5#探頭應(yīng)力有所下降?？偟膩砜矗搮^(qū)域的應(yīng)力場隨著殘礦開采而有所變化，但變化幅度不大。

3.3 位移監(jiān)測及分析

位移計安裝在巷道和采場的頂板上，打孔深度為2.5 m，有兩個掛鉤，分別安裝在距離洞口1.5 m和2.5 m深兩個位置，可以分別讀取頂板相對于1.5 m深巖層和2.5 m深巖層的相對下沉量，相對于只有一個測點的該位移計能測量出巖層移動的松動圈。頂板位移計及其安裝如圖4所示。

圖4 頂板位移計

8個位移計分別布置在280 m水平(2個)、310 m水平(3個)、340 m水平(1個)和370 m水平(2個)，從2013年12月1日開始監(jiān)測，116 d內(nèi)各監(jiān)測點相對于2.5 m深巖層的下沉量見圖5和圖6。

圖5 1#-4#測點下沉量

圖6 5#-8#測點下沉量

在監(jiān)測期內(nèi)，下沉量最大的為310 m水平的5#監(jiān)測點，其下沉量為22 mm，3#和6#位移計下沉量為10 mm左右，其余各點下沉量很少，可以認(rèn)為基本沒有移動，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 地壓活動分析

280 m標(biāo)高以上殘礦主要位于1#和4#采空區(qū)的下盤，北山礦在2006年采用大爆破崩落采空區(qū)頂板，對4#采空區(qū)進(jìn)行了綜合治理，其在2008年發(fā)生了兩次較大規(guī)模的地壓活動，壓力得到一定程度的釋放，目前處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。1#采空區(qū)已經(jīng)自然冒落至地表。

通過聲發(fā)射監(jiān)測、應(yīng)力在線監(jiān)測和位移監(jiān)測的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合地壓專業(yè)人員定期現(xiàn)場走訪查看，目前280 m標(biāo)高以上殘礦開采區(qū)域處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，但隨著殘礦回采，應(yīng)力將會不斷變化，且周圍空區(qū)和廢舊巷道等情況復(fù)雜，需要加強對該區(qū)域的地壓監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和反饋，來調(diào)整礦體開采順序和開采時間，降低地壓活動帶來的危害，為礦山安全高效開采提供保障。

5 結(jié) 論

通過建立聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)和位移監(jiān)測三種地壓監(jiān)測手段，為280 m標(biāo)高以上殘礦開采提供了重要的安全技術(shù)保障，每年8萬t的礦石產(chǎn)量能最大程度的彌補雨季280 m標(biāo)高以下水平被水淹而不能開采所造成的損失，使礦山全年均處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，為寶貴的金屬資源回收和北山礦的可持續(xù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

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2014-07-21)

陸 剛(1976—)，男，采礦工程師，主要從事礦山科研和生產(chǎn)管理工作,Email:liaoxiaokang@126.com。