韋 峰，孟中華

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

礦山地表塌陷區(qū)巖層移動監(jiān)測監(jiān)控

韋 峰1，孟中華2

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

為了有效監(jiān)控和治理礦區(qū)地表塌陷，保護地表重要建筑物，針對銅坑礦三大礦體開采后形成的多層重復(fù)采動的復(fù)雜情況，根據(jù)巖體破壞程度，結(jié)合礦區(qū)數(shù)值模擬計算結(jié)果，圈定了礦區(qū)地表巖層移動破壞范圍，并按其破壞程度進行了多級梯次圈定。并依照這一結(jié)果設(shè)立了礦區(qū)范圍巖移觀測工程測量控制網(wǎng)，建立地表巖移綜合性監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對礦區(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;巖移監(jiān)控;工程測量;地壓監(jiān)測;監(jiān)測預(yù)警

1 概 況

銅坑礦是華錫集團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：細脈帶礦體、91號富礦體和92號巨型礦體。其中細脈帶礦體、91號礦體開采已基本結(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號礦體大規(guī)模的開采后，受采動影響的地表從原有標高向下沉陷，從而在采空區(qū)上方形成多個沉陷區(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，為了準確計算開采地下礦產(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)域巖層移動監(jiān)控設(shè)計。

2 目標及方法

應(yīng)用礦區(qū)地表塌陷區(qū)巖層移動、采空區(qū)覆巖破壞及相應(yīng)的地壓監(jiān)控技術(shù)，提出并實施保護礦山地表重要構(gòu)建筑物、防止大面積采動引起地質(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。

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

3 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

3.1 監(jiān)測方法與設(shè)備

經(jīng)過礦山有關(guān)科研項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全站儀對監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)各測點進行傾角、水平移動和地表沉降測量。主要是在井下采動過程中，定期、重復(fù)測定觀測線上各測點在不同時期內(nèi)空間位置變化情況，并按照礦山井下各盤區(qū)開采情況適時采取連接測量、全面觀測、單獨進行測量，并對地表破壞的測定和編錄。

埋點觀測方式：在3個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個測點，在各主斷面的觀測拐點埋設(shè)3個測點，在觀測線邊緣處埋設(shè)3個測點，這樣每條線埋設(shè)15個測點，埋點采用基巖澆灌打樁方式。

3.2 監(jiān)測區(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個監(jiān)測區(qū)域。3個區(qū)域(從西向東)分別為：細脈帶及Ⅲ、Ⅴ盤區(qū)塌陷坑觀測區(qū)域，共計20個測點；1#、2#水壩西側(cè)及工業(yè)場區(qū)域，共計18測點；鋅多金屬礦體開采區(qū)域，共計7個測點。

4 模擬數(shù)值與實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

采用三維數(shù)值計算軟件3D-σ模擬銅坑礦細脈帶礦體、91號礦體、92號礦體和開采后地表巖層移動情況，其中60 mm影響圈已經(jīng)到達水塘以西山頂，這一帶地表開裂和滑動將會非常明顯，與地表實際情況相符；而18 mm影響圈在水塘西端(Ⅳ、Ⅵ盤區(qū)對應(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)域測點數(shù)據(jù)見表1。

表1 Ⅳ、Ⅵ盤區(qū)對應(yīng)地表區(qū)域測點測量數(shù)據(jù)

6mm下沉影響圈到達水塘東邊，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，不能直接觀測到地表開裂滑動等變形，根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(見表2)，說明開采區(qū)域巖層移動對我礦2#豎井影響并不是很明顯。

表2 水塘東面測點測量數(shù)據(jù)

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

圖1 地表6#溜井附近+1#～+4#測點沉降觀測曲線圖

從圖1可以看出，越靠近塌陷坑測點，位移沉降值變化越大。通過模擬與實際情況相比較，模擬結(jié)果與實際測量相符合，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個觀測點組成的礦區(qū)地表巖移監(jiān)測網(wǎng)，可滿足礦山當(dāng)前對采空區(qū)覆巖破壞規(guī)律與地表巖層移動計算的分析研究。

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

(3) 結(jié)合巖層理論計算和實測資料，判斷移動影響區(qū)域及發(fā)展趨勢，為待采盤區(qū)開采后對周邊工業(yè)區(qū)的破壞提供參考依據(jù)。

(4) 準確計算塌陷區(qū)巖層移動范圍，控制土地流失，實現(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)濟效益。

(5) 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在礦山今后的生產(chǎn)中需要進一步針對性地加強優(yōu)化和維護，同時，在進行理論計算分析的基礎(chǔ)上，利用和完善現(xiàn)有的測量設(shè)備和分析軟件，對地表沉降和和塌陷區(qū)影響范圍進行監(jiān)測研究，建立預(yù)警指標，提出并實施對地表塌陷區(qū)有效的保護和防范措施。

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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)測預(yù)報工作，Email:mzhofcimr@163.com。