某銅礦采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測分析

劉波 鄒雄剛 張超美

（江西省贛州市贛南科技學(xué)院，江西贛州 341000）

0 前言

空區(qū)穩(wěn)定性及地壓活動(dòng)情況監(jiān)測都是揭示地壓活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)手段，現(xiàn)場監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)反映了多種因素綜合作用下的實(shí)際情況，利用監(jiān)測所得的資料分析論證，可以分析空區(qū)穩(wěn)定性及地壓活動(dòng)規(guī)律。到目前為止，僅通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的方法很難得到與工程實(shí)際完全相符合的穩(wěn)定性測量結(jié)果，所以礦山空區(qū)的穩(wěn)定性及地壓問題必須通過現(xiàn)場監(jiān)測進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報(bào)。金屬礦山發(fā)生災(zāi)害性地壓活動(dòng)的條件主要為：主導(dǎo)因素為礦山連續(xù)的、大量的采空區(qū)存在；最敏感因素為礦柱破壞；直接激發(fā)因素有爆破荷載、礦柱垮塌、多中段反復(fù)采動(dòng)影響等等。要避免礦山的地壓災(zāi)害就要做好監(jiān)測工作。

1 工程背景

某銅礦采礦方法主要采用淺孔留礦法和階段礦房法回采。在-20m 至-60m 中段遺留空區(qū)對地表以及井下的安全開采造成了一定的安全隱患，經(jīng)過多年的治理工作，采空區(qū)-20m 中段以上的采空區(qū)基本充填治理完成，但-20m 中段仍遺留一部分空區(qū)無法處理。因此，開展-20m 中段采空區(qū)穩(wěn)定性及地壓活動(dòng)監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)礦山長期安全、高效生產(chǎn)，最大限度的回收資源，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，意義重大。

2 監(jiān)測方案

對礦山地下工程穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)，是保證礦山安全生產(chǎn)施工的重要措施，通過監(jiān)測分析對原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并指導(dǎo)礦山下一步的生產(chǎn)和工程布置。礦山空區(qū)的穩(wěn)定性及地壓活動(dòng)情況監(jiān)測具有時(shí)效性、監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜以及受地下空間的制約等特點(diǎn)。因此，在礦山地表巖移和地壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要盡量考慮保持設(shè)備的長期穩(wěn)定，選型上要具備防潮、防爆、防電磁干擾等性能。另外由于地下監(jiān)測空間的限制，要求監(jiān)測設(shè)備微型化并盡可能隱蔽，減少對礦山正常生產(chǎn)施工的干擾，減少礦山生產(chǎn)施工對監(jiān)測設(shè)備的破壞。

2.1 應(yīng)力計(jì)監(jiān)測

根據(jù)點(diǎn)面結(jié)合，突出重點(diǎn)的原則。除了考慮整體回采區(qū)域應(yīng)力變化規(guī)律監(jiān)測外，對-20m 中段的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測；測點(diǎn)布設(shè)位置與密度合適，便于監(jiān)測點(diǎn)的安裝和日常巡查，保障與地壓監(jiān)測相關(guān)作業(yè)人員的安全；監(jiān)測儀器可靠實(shí)用，精度滿足要求，實(shí)施方便，綜合成本低廉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的目的。

儀器選用國產(chǎn)AYS-15型鉆孔應(yīng)力計(jì)，通過應(yīng)力監(jiān)測獲得圍巖應(yīng)力變化量、變化速度、應(yīng)力分布情況，應(yīng)力集中和應(yīng)力變化最大的部位，為分析圍巖的可能破壞部位和破壞范圍提供依據(jù)。以應(yīng)力監(jiān)測的應(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)情況發(fā)生的依據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，本次圍巖二次應(yīng)力監(jiān)測區(qū)域布置在-20m 中段，應(yīng)力計(jì)布置六個(gè)，后期根據(jù)需要可以進(jìn)行補(bǔ)充，具體布置見圖1。

圖1 應(yīng)力計(jì)監(jiān)測點(diǎn)布置圖

2.2 圍巖位移監(jiān)測

礦柱以及空區(qū)周邊巖體變形監(jiān)測采用AYM－100 型鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)。通過多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測所得各個(gè)測點(diǎn)的位移變化量和位移變化速度，以位移值突然加大，位移變化速度突然加快作為危險(xiǎn)情況發(fā)生的判斷依據(jù)。根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)的原理，可以制成“頂板離層儀”，它用于測量頂板巖層間的離層量（兩巖層面發(fā)生脫離），當(dāng)出現(xiàn)大離層時(shí)，可作為危險(xiǎn)情況的判斷依據(jù)?？傆?jì)布置多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測布置三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，見圖2所示。

圖2 位移計(jì)監(jiān)測點(diǎn)布置圖

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 應(yīng)力計(jì)數(shù)據(jù)監(jiān)測

設(shè)備安裝完成后進(jìn)行了第一次采集，本次分析的數(shù)據(jù)對測點(diǎn)進(jìn)行了兩次監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果匯總見表1。

表1 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

通過兩次的監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，在本月度內(nèi)，圍巖二次應(yīng)力的變化值最大為YL3 的0.92MPa，YL6 在第一次監(jiān)測時(shí)出現(xiàn)微小的拉應(yīng)力值后恢復(fù)正常。監(jiān)測結(jié)果表明，在本次監(jiān)測周期內(nèi)，-20m 中段的圍巖二次應(yīng)力變化值較小，圍巖處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，未出現(xiàn)大的地壓活動(dòng)，圍巖整體上的穩(wěn)定性未遭受破壞。

3.2 圍巖位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

設(shè)備安裝完成后進(jìn)行了第一次采集，本次分析數(shù)據(jù)后期進(jìn)行了二次監(jiān)測，合計(jì)三次監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，監(jiān)測結(jié)果匯總見表2。

表2 多點(diǎn)位移計(jì)變化量統(tǒng)計(jì)表

圍巖內(nèi)部監(jiān)測位移變化量都在mm 級別以內(nèi)，最大位移量為2.5mm。在本監(jiān)測周期內(nèi)整體上圍巖內(nèi)部位移量變化較小，基本可以認(rèn)定圍巖內(nèi)部的位移平穩(wěn)，未出現(xiàn)大的地壓活動(dòng)。

4 結(jié)論

（1）應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化了均比較小，說明該中段遺留采空區(qū)地壓活動(dòng)平穩(wěn)，采空區(qū)周邊圍巖未遭受破壞、穩(wěn)定性良好；

（2）空區(qū)周邊采礦活動(dòng)對空區(qū)存在一定的影響，但是影響程度有限。進(jìn)一步完善應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)加大力度進(jìn)行監(jiān)測，為礦山安全生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐；

（3）空區(qū)的安全性不容忽視，雖然采用了各種手段對空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，但隨著時(shí)間的推移，巖石力學(xué)性質(zhì)由于時(shí)間效應(yīng)會(huì)弱化，因此為確保安全，采空區(qū)要進(jìn)行充填處理，徹底消除隱患。