礦山地表塌陷區(qū)巖層移動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控

韋 峰，孟中華

(1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹市 547207；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

礦山地表塌陷區(qū)巖層移動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控

韋 峰1，孟中華2

(1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹市 547207；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

為了有效監(jiān)控和治理礦區(qū)地表塌陷，保護(hù)地表重要建筑物，針對(duì)銅坑礦三大礦體開采后形成的多層重復(fù)采動(dòng)的復(fù)雜情況，根據(jù)巖體破壞程度，結(jié)合礦區(qū)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，圈定了礦區(qū)地表巖層移動(dòng)破壞范圍，并按其破壞程度進(jìn)行了多級(jí)梯次圈定。并依照這一結(jié)果設(shè)立了礦區(qū)范圍巖移觀測(cè)工程測(cè)量控制網(wǎng)，建立地表巖移綜合性監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)礦區(qū)地表影響范圍內(nèi)及其附近區(qū)域的公路及建筑物(構(gòu)筑物)、豎井等實(shí)施有效監(jiān)控和預(yù)警，保證礦山地表重要設(shè)施的生產(chǎn)安全。

巖層移動(dòng);巖移監(jiān)控;工程測(cè)量;地壓監(jiān)測(cè);監(jiān)測(cè)預(yù)警

1 概 況

銅坑礦是華錫集團(tuán)主要的礦物原料生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)的三大礦體按上、中、下依次分布為：細(xì)脈帶礦體、91號(hào)富礦體和92號(hào)巨型礦體。其中細(xì)脈帶礦體、91號(hào)礦體開采已基本結(jié)束，受多年開采的影響和民采破壞，已形成復(fù)雜的空區(qū)結(jié)構(gòu)，隨著下部92號(hào)礦體大規(guī)模的開采后，受采動(dòng)影響的地表從原有標(biāo)高向下沉陷，從而在采空區(qū)上方形成多個(gè)沉陷區(qū)域，空區(qū)危害及地壓安全隱患問題逐漸顯現(xiàn)嚴(yán)重，其發(fā)生形式主要包括地面塌陷、地面沉降和地裂縫3種類型，為了準(zhǔn)確計(jì)算開采地下礦產(chǎn)資源引起地表與上覆巖層的巖體遭到破壞而產(chǎn)生的位移量，避免周邊區(qū)域居民生活、道路、設(shè)施等遭受破壞，確保人身、設(shè)備安全生產(chǎn)，該礦注重礦山地壓監(jiān)控，加強(qiáng)相應(yīng)的治理和防范措施，制定了地表塌陷區(qū)域巖層移動(dòng)監(jiān)控設(shè)計(jì)。

2 目標(biāo)及方法

應(yīng)用礦區(qū)地表塌陷區(qū)巖層移動(dòng)、采空區(qū)覆巖破壞及相應(yīng)的地壓監(jiān)控技術(shù)，提出并實(shí)施保護(hù)礦山地表重要構(gòu)建筑物、防止大面積采動(dòng)引起地質(zhì)災(zāi)害等有效措施，為礦山生產(chǎn)創(chuàng)造安全的環(huán)境條件，為礦山安全持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。

通過對(duì)井下開采的影響分析，預(yù)計(jì)裂隙區(qū)影響范圍，在礦區(qū)范圍內(nèi)關(guān)鍵部位布設(shè)巖層移動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)等方法，利用和完善礦山現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)地表沉降和塌陷區(qū)及井下采動(dòng)影響范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

3.1 監(jiān)測(cè)方法與設(shè)備

經(jīng)過礦山有關(guān)科研項(xiàng)目前期研究與方案討論結(jié)果，礦山?jīng)Q定采用托普康GPT-7501全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行傾角、水平移動(dòng)和地表沉降測(cè)量。主要是在井下采動(dòng)過程中，定期、重復(fù)測(cè)定觀測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)期內(nèi)空間位置變化情況，并按照礦山井下各盤區(qū)開采情況適時(shí)采取連接測(cè)量、全面觀測(cè)、單獨(dú)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)地表破壞的測(cè)定和編錄。

埋點(diǎn)觀測(cè)方式：在3個(gè)工作面走向和傾向主斷面觀察線的最大下沉值處各埋設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，在各主斷面的觀測(cè)拐點(diǎn)埋設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，在觀測(cè)線邊緣處埋設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，這樣每條線埋設(shè)15個(gè)測(cè)點(diǎn)，埋點(diǎn)采用基巖澆灌打樁方式。

3.2 監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分及網(wǎng)絡(luò)布置

按銅坑礦地形位置和采區(qū)分布可分為3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域。3個(gè)區(qū)域(從西向東)分別為：細(xì)脈帶及Ⅲ、Ⅴ盤區(qū)塌陷坑觀測(cè)區(qū)域，共計(jì)20個(gè)測(cè)點(diǎn)；1#、2#水壩西側(cè)及工業(yè)場(chǎng)區(qū)域，共計(jì)18測(cè)點(diǎn)；鋅多金屬礦體開采區(qū)域，共計(jì)7個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4 模擬數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用三維數(shù)值計(jì)算軟件3D-σ模擬銅坑礦細(xì)脈帶礦體、91號(hào)礦體、92號(hào)礦體和開采后地表巖層移動(dòng)情況，其中60 mm影響圈已經(jīng)到達(dá)水塘以西山頂，這一帶地表開裂和滑動(dòng)將會(huì)非常明顯，與地表實(shí)際情況相符；而18 mm影響圈在水塘西端(Ⅳ、Ⅵ盤區(qū)對(duì)應(yīng)地表區(qū)域)，該區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)小范圍的裂隙發(fā)育情況，該區(qū)域測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 Ⅳ、Ⅵ盤區(qū)對(duì)應(yīng)地表區(qū)域測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)

6mm下沉影響圈到達(dá)水塘東邊，靠近工業(yè)區(qū)及公路帶。根據(jù)三維數(shù)值模擬分析軟件計(jì)算2#豎井區(qū)域沉降等值約為1 mm。

由于該區(qū)域變形值比較小，不能直接觀測(cè)到地表開裂滑動(dòng)等變形，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(見表2)，說明開采區(qū)域巖層移動(dòng)對(duì)我礦2#豎井影響并不是很明顯。

表2 水塘東面測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)

銅坑礦區(qū)地表沉陷位移變化較大的區(qū)域主要在細(xì)脈帶及6#溜井周邊，該區(qū)域地表多處地裂隙擴(kuò)展嚴(yán)重，巖體明顯向細(xì)脈帶塌陷區(qū)移動(dòng)。據(jù)觀測(cè)，該處最大沉降量已達(dá)3000 mm(見圖1)。

圖1 地表6#溜井附近+1#～+4#測(cè)點(diǎn)沉降觀測(cè)曲線圖

從圖1可以看出，越靠近塌陷坑測(cè)點(diǎn)，位移沉降值變化越大。通過模擬與實(shí)際情況相比較，模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量相符合，說明模型的建立和參數(shù)的選取都是正確的。

5 結(jié) 論

(1) 由45個(gè)觀測(cè)點(diǎn)組成的礦區(qū)地表巖移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，可滿足礦山當(dāng)前對(duì)采空區(qū)覆巖破壞規(guī)律與地表巖層移動(dòng)計(jì)算的分析研究。

(2) 當(dāng)采空區(qū)范圍較小且開采深度較大時(shí)，其上覆巖體的移動(dòng)對(duì)地表移動(dòng)影響不大，當(dāng)采空區(qū)范圍較大開采深度較小時(shí)，上覆巖體的移動(dòng)便發(fā)生很大變化。

(3) 結(jié)合巖層理論計(jì)算和實(shí)測(cè)資料，判斷移動(dòng)影響區(qū)域及發(fā)展趨勢(shì)，為待采盤區(qū)開采后對(duì)周邊工業(yè)區(qū)的破壞提供參考依據(jù)。

(4) 準(zhǔn)確計(jì)算塌陷區(qū)巖層移動(dòng)范圍，控制土地流失，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)安全穩(wěn)定，可為建立安全、綠色的新型礦山提供重要保障，為企業(yè)創(chuàng)造不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。

(5) 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在礦山今后的生產(chǎn)中需要進(jìn)一步針對(duì)性地加強(qiáng)優(yōu)化和維護(hù)，同時(shí)，在進(jìn)行理論計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，利用和完善現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備和分析軟件，對(duì)地表沉降和和塌陷區(qū)影響范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究，建立預(yù)警指標(biāo)，提出并實(shí)施對(duì)地表塌陷區(qū)有效的保護(hù)和防范措施。

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2014-08-06)

韋 峰(1983-)，廣西南丹人，主要從事礦山巖石力學(xué)與井下地壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作，Email:mzhofcimr@163.com。