李有德

(廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 廣西 環(huán)江縣 547100)

北山礦的地壓監(jiān)測(cè)與分析

李有德

(廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 廣西 環(huán)江縣 547100)

分析了北山礦采空區(qū)穩(wěn)定性情況，對(duì)近年來(lái)該礦區(qū)地壓活動(dòng)情況進(jìn)行了總結(jié)。在工程地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，在該礦建立了2套12通道的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且成功預(yù)報(bào)了一次大規(guī)模的巖層垮落事件。設(shè)定了北山礦地壓監(jiān)測(cè)制度和預(yù)警指標(biāo)，為礦山安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

地壓監(jiān)測(cè)；采空區(qū)穩(wěn)定性；監(jiān)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；預(yù)警指標(biāo)

1 概 況

北山礦位于廣西壯族自治區(qū)河池市環(huán)江縣境內(nèi)，礦區(qū)面積1.647 km2，是以硫和鋅為主，含鉛并伴生銀、鎘、鍺等貴重分散元素的大型綜合礦床，共有三個(gè)含礦帶，其中II號(hào)礦帶的礦體劃歸廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司開(kāi)采，I、III號(hào)含礦帶的礦體分別劃歸重組后的化達(dá)、環(huán)江新發(fā)兩礦業(yè)有限責(zé)任公司開(kāi)采，1980年代后期由廣西冶金設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。1993年投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為800 t/d。年產(chǎn)鉛金屬0.5萬(wàn)t，鋅金屬1.5萬(wàn)t。

2 北山采空區(qū)穩(wěn)定性分析

由于1995年至2001 年上半年礦業(yè)秩序較混亂，眾多窿口盜采0#勘探線以北210～370 m 標(biāo)高段的富礦體，形成了1#、2#、3#、4#大采空區(qū)，空區(qū)體積達(dá)316.86萬(wàn)m3。原已建成的井下開(kāi)拓運(yùn)輸、通風(fēng)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞，使礦山不能維持正常的生產(chǎn)秩序。2006年礦山采用大爆破崩落采空區(qū)頂板，對(duì)4#采空區(qū)進(jìn)行了綜合治理，并通過(guò)專(zhuān)家組驗(yàn)收。各采空區(qū)及治理情況如表1所示。

表1 礦區(qū)采空區(qū)情況

除1#、2#、3#、4#采空區(qū)外，周邊還留下了眾多空區(qū)。目前主要作業(yè)區(qū)域主要在已治理空區(qū)的下部15008采場(chǎng)，頂板暴露面積已經(jīng)達(dá)到3290 m2，空區(qū)體積為46060 m3，隨著繼續(xù)開(kāi)采，該采場(chǎng)頂板暴露面積將會(huì)繼續(xù)增加，12011采場(chǎng)頂板暴露面積為3420 m2，空區(qū)體積為54720 m3，并且該采場(chǎng)東北部與15008采場(chǎng)有部分重疊,且12011采場(chǎng)最高已采至141水平，頂板厚不足10 m，而18009空區(qū)在15008采場(chǎng)斜上方，空區(qū)的上下重疊交錯(cuò)影響，加大了空區(qū)頂板發(fā)生冒落的危險(xiǎn)性，需要加強(qiáng)該區(qū)域的地壓監(jiān)測(cè)分析。主要采場(chǎng)的具體情況如表2所示。

表2 北山礦主要采場(chǎng)情況

依據(jù)礦山的每年原礦產(chǎn)量反推每年新產(chǎn)生的空區(qū)量是分析空區(qū)的一種方法。實(shí)驗(yàn)確定礦石平均密度為4.53 t/m3,北山礦2010年至2013年3月底的采礦量和形成的空區(qū)量如表3所示。

表3 北山礦開(kāi)采量和新形成空區(qū)量

從2010年至今，北山礦總計(jì)開(kāi)采463118 t原礦，形成空區(qū)102233 m3，生產(chǎn)中有部分礦石被周?chē)V山越界開(kāi)采，故實(shí)際空區(qū)量要稍大于該統(tǒng)計(jì)量。

3 地壓活動(dòng)分析與預(yù)報(bào)

為了有效監(jiān)測(cè)礦山地壓活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限公司前期建立了兩套12通道聲發(fā)射地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別為監(jiān)測(cè)280 m水平以上(包括280,295,310,340 m水平)的280地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)280 m水平以下(包括190,180,150 m水平)的190地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前兩套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

2005年位于1#采區(qū)的1#、2#、3#空區(qū)發(fā)生了較大規(guī)模的冒落，采區(qū)東側(cè)已經(jīng)冒落至地表。2006年采用大爆破方法，強(qiáng)制崩落頂板圍巖，對(duì)4#采空區(qū)進(jìn)行治理。2008年4#采空區(qū)上部空區(qū)發(fā)生了大規(guī)模冒落，冒落至420 m水平，兩次冒落時(shí)間分布是2008年1月5日和1月20日，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在兩次大規(guī)模冒落活動(dòng)前均接收到信號(hào)，并且對(duì)第二次冒落做出了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

“1.05”井下頂板冒落事故發(fā)生后，通過(guò)對(duì)280系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行部分調(diào)整后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)行。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)異常情況，于1月17日發(fā)出警報(bào)，礦山于1月18日將井下作業(yè)人員撤離，監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析依據(jù)如下：

(1) 2008年1月6日～1月15日，11號(hào)探頭附近聲發(fā)射活動(dòng)開(kāi)始較為頻繁，隨著時(shí)間推移，逐步穩(wěn)定下來(lái)；

(2) 2008年1月15日～1月16日11：40，5～11號(hào)7個(gè)探頭的信號(hào)變化明顯，7號(hào)探頭的信號(hào)顯著增加，并出現(xiàn)較多大事件，尤其7號(hào)探頭與11號(hào)探頭變化明顯，7號(hào)探頭14～16日總事件數(shù)分別為8，57，268,其大事件數(shù)分別為3,8,25,11號(hào)探頭14～16日總事件數(shù)分別為15,32,233,其大事件數(shù)分別為9,12,126;

(3) 2008年1月16日11:40～11：48，多個(gè)通道同時(shí)接收到相似波形，推測(cè)為探頭周邊80 m范圍內(nèi)巖體變形、并出現(xiàn)較大范圍的垮冒時(shí)發(fā)出的聲波;

(4) 2008年1月16日11：49到1月17日，7,10,11號(hào)3個(gè)通道持續(xù)保持較多的聲發(fā)射事件數(shù)，推測(cè)為探頭周邊80 m范圍內(nèi)巖體出現(xiàn)較大的變形，局部垮冒時(shí)發(fā)出的聲波。

根據(jù)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及發(fā)展變化特征，監(jiān)測(cè)通道出現(xiàn)了部分大事件，7,10,11號(hào)探頭聲發(fā)射活動(dòng)明顯且出現(xiàn)了大量的大事件，公司將井下整改作業(yè)人員全部撤離，2008年1月20日4#空區(qū)發(fā)生大面積頂板冒落，由于提前進(jìn)行了預(yù)報(bào)，避免了傷亡事故，280 m水平聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。

通過(guò)兩次大冒落，使巖體中積聚的能量有效的釋放，近4 a來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，礦山原冒落區(qū)地壓活動(dòng)平穩(wěn)，冒落區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)。沒(méi)有發(fā)生大范圍的垮落事件，僅一些小的地壓活動(dòng)。但地壓活動(dòng)是一個(gè)能量聚集和釋放的過(guò)程，雖然過(guò)去幾年沒(méi)有發(fā)生大的地壓活動(dòng)，但這中間正好積聚能量，有可能在未來(lái)的某一天突然釋放，造成大的危害，因此需要加大監(jiān)測(cè)力度，不能麻痹大意。

4 地壓監(jiān)測(cè)制度

結(jié)合北山礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了監(jiān)測(cè)分析和匯報(bào)制度，各部門(mén)需要按要求嚴(yán)格執(zhí)行。

4.1 宏觀地壓分析與控制(預(yù)防)制度

(1) 生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)每個(gè)季度對(duì)當(dāng)前礦區(qū)空區(qū)總體分布、地壓活動(dòng)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析和整理，并上報(bào)礦部，由礦部組織礦相關(guān)技術(shù)人員定期召開(kāi)地壓專(zhuān)題會(huì)議，分析當(dāng)前地壓活動(dòng)的影響因素，并且評(píng)價(jià)各區(qū)域地壓活動(dòng)級(jí)別，按活躍情況分別劃分為相對(duì)穩(wěn)定區(qū)、輕微活動(dòng)區(qū)和頻繁活動(dòng)區(qū)，逐級(jí)制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)防措施，必要時(shí)對(duì)空區(qū)采取充填等處理措施。

(2) 每年對(duì)礦山開(kāi)采應(yīng)力分布進(jìn)行模擬計(jì)算，分析和預(yù)測(cè)礦區(qū)彈塑性區(qū)的空間分布和地壓活動(dòng)形式，指導(dǎo)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)。

(3) 安全和技術(shù)部門(mén)每月定期檢查和督促各項(xiàng)地壓活動(dòng)控制(預(yù)防)措施的落實(shí)。

4.2 匯報(bào)制度

(1) 地壓監(jiān)測(cè)專(zhuān)職人員每個(gè)月對(duì)地壓活動(dòng)區(qū)域的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行1～2次分析總結(jié)，并形成書(shū)面材料(簡(jiǎn)報(bào))上報(bào)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、安全和生產(chǎn)組織部門(mén)。

(2) 地壓監(jiān)測(cè)專(zhuān)職人員當(dāng)班現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)若發(fā)現(xiàn)以下地壓活動(dòng)情況異常時(shí)，應(yīng)立即向主管領(lǐng)導(dǎo)、安全部門(mén)和調(diào)度室匯報(bào)：巖音事件率平均達(dá)到5次/min，局部時(shí)段達(dá)到10次/min，周邊巷道存在明顯的新開(kāi)裂或舊裂隙擴(kuò)展；監(jiān)測(cè)點(diǎn)空區(qū)面積達(dá)到3000 m2，空區(qū)頂板冒落速度平均達(dá)到2次/min，巖音事件率平均達(dá)到2次/min，局部時(shí)段達(dá)到8次/min；

(3)地壓監(jiān)測(cè)專(zhuān)職人員當(dāng)班室內(nèi)監(jiān)測(cè)若發(fā)現(xiàn)巖音事件率達(dá)到10次/10 min，連續(xù)3個(gè)測(cè)時(shí)均呈不斷上升趨勢(shì)，且前3 d全天平均事件率有明顯的上升趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)周邊無(wú)爆破作業(yè)，可確認(rèn)為地壓活動(dòng)異常，應(yīng)立即向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門(mén)匯報(bào)。

(4)井下各生產(chǎn)單位和工作人員在生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)現(xiàn)片幫、巖爆頻繁和冒落增多等地壓活動(dòng)異常時(shí)應(yīng)立即向安環(huán)科匯報(bào)，安環(huán)科應(yīng)在12 h內(nèi)組織人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

5 總 結(jié)

通過(guò)分析北山礦1#、2#、3#、4#采空區(qū)和近年來(lái)新產(chǎn)生的空區(qū)的穩(wěn)定性情況，建立2套12通道聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)礦區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的地壓活動(dòng)進(jìn)行了有效監(jiān)測(cè)，設(shè)定了危險(xiǎn)報(bào)警指標(biāo)和地壓監(jiān)測(cè)制度，該系統(tǒng)在2008年有效預(yù)測(cè)了一次大范圍的垮落事件，提前撤出了該區(qū)域的作業(yè)人員和設(shè)備，從而避免了人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失，保證了礦山的安全生產(chǎn)。

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2013-10-24)

李有德(1970-)，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。