摘 要：文章通過對劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓現(xiàn)狀的分析，采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測、礦柱應力監(jiān)測、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測等綜合監(jiān)測手段對其地壓進行監(jiān)測。對各測點的監(jiān)測結果進行分析研究發(fā)現(xiàn)，有幾處礦柱聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍，某些礦柱應力一直處于正壓狀態(tài)，進而提出了一些針對性的安全對策，對指導礦山安全生產(chǎn)，預防礦山安全事故的發(fā)生具有一定的實際意義。

關鍵詞：礦山安全；采空區(qū)；地壓監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TD326 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0056-03

經(jīng)過多年的持續(xù)開采，劉家畈鐵礦采礦活動形成空區(qū)約190萬m3，未予充填或崩落處理，依靠預留礦柱支撐頂板。面臨的主要地壓隱患如下：其一，支撐礦柱失穩(wěn)引發(fā)大范圍頂板失穩(wěn)的隱患。在原巖體中采掘形成一定空間，被開挖巖體原來所承受的載荷就要轉移到它周圍的礦柱上，使其應力增高。應力集中若超過承載能力，就要發(fā)生破裂、破壞。其二，采場頂板局部冒落隱患?，F(xiàn)有空區(qū)暴露多年，受巖體風化及暴露面積增加等因素影響，穩(wěn)定性會不斷降低，采場局部冒落的可能性在增加。

因此，本文采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測、礦柱應力監(jiān)測、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測等手段對劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓進行有效的監(jiān)測、預測預報，進而有針對性地提出了采空區(qū)安全作業(yè)的有效對策。

1 采空區(qū)地壓現(xiàn)狀

II號礦體位于礦區(qū)中部偏西，礦體產(chǎn)出標高在10m～－300 m之間；走向184°～278°；傾向274°～8°；傾角11°～45°。礦體最大厚度為47.46 m，一般在15～20 m之間，平均14.6 m。礦體在平面上呈一向南凸出的似菱角形，在垂直剖面上則為似層狀。在－150 m標高以上，礦體長度為200～250 m；在－150 m以下為900 m，傾斜最大延深550 m。從±0～-299 m，總空區(qū)傾斜方向水平投影最寬約450 m，主體空區(qū)走向方向長度350 m。

回采時一些區(qū)段未留礦柱，采空區(qū)連成一片，暴露面積過大。長期來看存在頂板大面積冒落隱患。由于后期水平底柱的回采，許多采空區(qū)上下相互連通，空區(qū)高度很大?？諈^(qū)過高，無法觀察上部情況，下部出礦作業(yè)人員面臨局部冒落、滾石等安全隱患。

Ⅲ礦體采空區(qū)埋深-150～-264 m。空區(qū)范圍，走向長300 m，傾向寬140 m。在-200～-264 m標高與Ⅱ礦體空區(qū)相連通。Ⅲ礦體-200 m以上，礦體形態(tài)復雜，采礦過程中保留礦柱很少，形成多處連續(xù)空區(qū)。在-188 m水平6～8線中部空區(qū)中頂板冒落多處，6線下盤巷道拱肩部出現(xiàn)開裂，出現(xiàn)局部的地壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。-200 m以上區(qū)域安全條件較差。

2 地壓監(jiān)測方案

采空區(qū)地壓監(jiān)測方案包括：巖體聲發(fā)射監(jiān)測方案、地面沉降監(jiān)測方案、礦柱應力監(jiān)測方案、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測方案。采用YSSC巖體聲發(fā)射監(jiān)測儀進行巖體聲發(fā)射監(jiān)測，采用ZLGH-20振弦式鉆孔應力計及GSJ-2A智能檢測儀進行礦柱應力監(jiān)測，采用SOKKIA SET530R全站儀進行地表沉降觀測以及采空區(qū)頂板位移監(jiān)測。

2.1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測方案

對于地下礦山開采過程中冒頂、片幫問題，采用微震監(jiān)測系統(tǒng)和聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測是國際上常用的監(jiān)測方法，這是目前國外廣泛應用的金屬礦山安全監(jiān)測的基本手段。結合項目情況決定采用流動的間斷性監(jiān)測方案。采用DYF-2型便攜式聲發(fā)射儀對某些重點部位不定期實施監(jiān)測，根據(jù)聲發(fā)射參量的變化，判斷巖體破壞趨勢，評價采空區(qū)頂板巖體的穩(wěn)定性，預報危險破壞的來臨。

2.2 地面沉降監(jiān)測方案

地表沉降觀測可以定量地了解地面的升降。本礦目前已具備SOKKIA SET530R全站儀，并具有配套的操作操作人員，因此本方案采用該儀器進行地表沉降觀測。在采空區(qū)對應地面的潛在崩落區(qū)地表按80 m×80 m網(wǎng)度建立地表觀測網(wǎng)，布置覘標，使用全站儀定期進行地面移動測量，分析地面變形動態(tài)，預測可能的地面塌陷。

2.3 礦柱應力監(jiān)測方案

巖體應力變化情況監(jiān)測采用振弦式鉆孔應力計。通過應力監(jiān)測獲得礦柱及圍巖應力變化量、變化速度、應力分布情況，以及應力集中和應力變化最大的部位，為分析礦柱及圍巖的可能破壞部位和破壞范圍提供依據(jù)。以檢測的應力值趨近破壞極限和應力變化速度突然加快作為危險可能發(fā)生的判據(jù)。

2.4 采空區(qū)頂板位移監(jiān)測方案

頂板位移監(jiān)測可采用方案有：多點位移計測試；收斂計監(jiān)測；免棱鏡全鉆儀監(jiān)測。綜合考慮監(jiān)測成本、安裝條件等因素，免棱鏡全站儀比較符合頂板位移監(jiān)測要求。

3 地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 巖體聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

劉家畈鐵礦建國副井設有7個監(jiān)測點，建民副井和建民主井分別設有9個監(jiān)測點，建政副井設有5個監(jiān)測點。

對以上各測點進行監(jiān)測，建民副井-243m水平24線5柱的聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖1所示。圖中表示礦柱聲發(fā)射的能率、總事件、大事件的數(shù)量及變化趨勢。

數(shù)據(jù)分析如下：

①某些礦柱的聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍。如：建政副井：-154 m水平3線11柱2；建民副井：-264 m水平24線6柱；-243 m水平24線5柱；-250 m水平24線7柱；；-250 m水平24線8柱；-261 m水平0-2線1柱；建民主井：-175 m水平6線7柱2；-150 m水平6～9線7柱。其中，有些礦柱的聲發(fā)射水平一直較高（結合前三年監(jiān)測數(shù)據(jù)），如：建政副井：-154 m水平3線11柱2；建民副井：-243 m水平24線5柱。這些地方礦柱出現(xiàn)可見裂縫。但前三年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，聲發(fā)射水平未出現(xiàn)隨時間逐步增高的情況。后續(xù)監(jiān)測工作中應嚴加防范，不得有絲毫懈怠。

②由于劉家畈礦區(qū)采空區(qū)大，礦柱承載應力水平較高，礦柱本身堅硬致密，信號衰減較少，因此，所監(jiān)測到的巖體聲發(fā)射5 min累計值和特征值總體較大。正常水平（未受采動、水文、地質條件擾動）聲發(fā)射特征值一般為：大事件0～2個，總事件0～10個，能率0～800。該水平特征值仍在巖石發(fā)生破壞極限值內(nèi)。

部分礦柱的聲發(fā)射水平較高系受附近采礦(爆破)的影響，如：建民主井-251 m水平2線1柱（能率>900，總事件為753），經(jīng)與現(xiàn)場人員勾通，以后的監(jiān)測數(shù)據(jù)已回歸合理范圍。

3.2 地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

在水泥臺測站觀測了1#、2#、3#、4#觀測點。

對各觀測點的高度H繪制了趨勢折線圖，水泥臺1#觀測點高度數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

根據(jù)各觀測點高度H的趨勢折線圖，除了個別測點因故被破壞而重新恢復導致數(shù)據(jù)變化較大以外，本期地表觀測點高度無明顯變化（在測量誤差范圍）。

3.3 礦柱應力監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

共建成礦柱應力監(jiān)測孔10個。對各測點進行監(jiān)測，06#孔應力數(shù)據(jù)圖見圖3。

從各測點應力數(shù)據(jù)圖可知，除6#孔應力一直處于正壓狀態(tài)外，其余測點的應力處于零壓狀態(tài)，說明礦柱整體沒有地壓顯現(xiàn)。06#孔（-243 m 24線4#柱應）應力一直處于正壓狀態(tài)，應加強監(jiān)測并嚴密監(jiān)控。

3.4 采空區(qū)頂板位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

及分析

對建民副井-243 m頂板沉降觀測點1#、2#、3#、4#；建民主井-205 m頂板沉降觀測點1#、2#、3#；建政副井-154 m頂板沉降觀測點1#、2#、3#進行了沉降觀測。

對各觀測點的高度H繪制了趨勢折線圖，其中建民主井-205 m頂板觀測點的高度折線圖見圖4。

從各觀測點高度折線圖可知，建民副井-243 m頂板沉降4#觀測點、建政副井-154 m頂板沉降2#觀測點高度數(shù)據(jù)變化較大，系觀測點變動所致。其余頂板沉降觀測點高度數(shù)據(jù)無明顯變化（在測量誤差范圍）。說明所測采場頂板目前基本穩(wěn)定。

4 安全對策

根據(jù)上述監(jiān)測分析結果，提出如下安全對策：

①礦方應對礦山地壓活動情況給予高度重視，應嚴格按照開采設計進行開采。每個井口同時開采的工作面控制在2個以下，以減少采掘生產(chǎn)對采空區(qū)的影響，不得擅自隨意增加采掘工作面，不得進行超能力開采。每個井口單班作業(yè)人員總人數(shù)控制在9人以下。

②對建民副井-243 m礦柱等已經(jīng)出現(xiàn)礦柱開裂的危險處和應力異常之處，應停止作業(yè)，并應盡快實施在線監(jiān)測。

③對礦山地壓運用綜合監(jiān)測手段，對礦柱應力、采空區(qū)頂板位移、地面沉降、巖體聲發(fā)射實施全方位的監(jiān)測。對巖體聲發(fā)射水平較高區(qū)域，以及有些出現(xiàn)可見裂縫且前三年聲發(fā)射水平一直較高的礦柱（如：建民副井-243 m水平24線5柱）及附近區(qū)域應綜合運用各種監(jiān)測手段，加大監(jiān)測頻度。

④人工監(jiān)測時間應在生產(chǎn)之前，監(jiān)測人員還應對監(jiān)測點周邊環(huán)境（如：礦柱裂紋）情況進行觀察并記錄。

⑤引進采礦、安全等相關專業(yè)技術和管理人才。加強對井下作業(yè)人員的安全培訓和管理；加強監(jiān)測人員操作技能培訓，特別是加強監(jiān)測人員的安全意識及識別事故征兆能力的培訓。

⑥完善井下安全設施，定期進行應急救援演練。

5 結 語

本文針對劉家畈鐵礦采空區(qū)存在頂板冒落、礦柱開裂、底板下沉等地壓現(xiàn)象，采用巖體聲發(fā)射監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測、礦柱應力監(jiān)測、采空區(qū)頂板位移監(jiān)測等綜合監(jiān)測手段對劉家畈鐵礦采空區(qū)地壓進行有效的監(jiān)測、預測預報。對各測點的監(jiān)測結果進行分析研究發(fā)現(xiàn)，建民主井-261m水平0～2線1柱與建民副井-243 m水平24線5柱的聲發(fā)射現(xiàn)象較活躍，6#孔（-243 m 24線4#柱）礦柱應力一直處于正壓狀態(tài)。對以上已經(jīng)出現(xiàn)礦柱開裂的危險處和應力異常之處，應停止作業(yè)，并應加強監(jiān)測和監(jiān)控，且應盡快實施在線監(jiān)測。此外，企業(yè)應落實安全生產(chǎn)工作相關政策，對井下工作人員應加強安全知識培訓，完善井下安全設施，定期進行應急救援演練，確保井下生產(chǎn)安全。

參考文獻：

[1] 鄭君.抓重點抓深化 加快推進煤礦“六大系統(tǒng)”建設——訪國家安全監(jiān)管總局副局長、國家煤礦安全監(jiān)察局局長趙鐵錘[J].勞動保護，2011，(10):24-26.

[2] 韓軍，張宏偉，劉志偉.礦區(qū)巖體應力狀態(tài)研究及其應用[J].遼寧工程技術大學學報，2007，(5):9-12.

[3] 熊飛，王耀輝，唐新建，等.用全站儀進行隧道拱頂及地表沉降觀測[J].土工基礎，2009，(1):77-80.

[4] 胡靜云，林峰，彭府華，等.香爐山鎢礦殘采區(qū)地壓災害微震監(jiān)測技術應用分析[J].中國地質災害與防治學報，2010，(4):113-119.