張光齊,呂和建,唐學文
(四川里伍銅業(yè)股份有限公司, 四川 九龍縣 626201)
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里伍銅礦地壓監(jiān)測的研究
張光齊,呂和建,唐學文
(四川里伍銅業(yè)股份有限公司,四川 九龍縣626201)
里伍銅礦采用空場法開采,井下采空區(qū)面積較大,為了掌握巖體穩(wěn)定性的變化情況,對大面積采空區(qū)失穩(wěn)事件進行預測預報,根據(jù)礦山現(xiàn)場實際情況設計了地壓監(jiān)測方案。通過開展地壓監(jiān)測研究,獲得了大量的觀測數(shù)據(jù),有效指導了礦山安全生產(chǎn)。地壓監(jiān)測結果表明,目前里伍銅礦井下巖體穩(wěn)定性整體良好,短期內(nèi)發(fā)生大規(guī)模地壓活動的可能性較小。
地壓監(jiān)測;地壓預報;巖體聲發(fā)射;鉆孔應力計
四川里伍銅業(yè)股份有限公司所屬的里伍銅礦前期采用空場法開采,已經(jīng)進入開采后期。由于采空區(qū)面積較大,為了防止礦山大范圍巖體冒落或垮塌等災害性地壓事故的發(fā)生,保障井下生產(chǎn)安全,有必要建立地壓監(jiān)測網(wǎng),開展地壓監(jiān)測研究。這對保障里伍銅礦安全生產(chǎn)和提高礦山安全生產(chǎn)管理水平是十分重要的,并可達到掌握巖體穩(wěn)定性變化情況的目標,能對可能發(fā)生的大面積巖體失穩(wěn)事件進行預測預報,以避免災害性地壓事故的發(fā)生,指導礦山安全生產(chǎn)。
里伍銅礦床位于松潘甘孜地槽褶皺系的南部邊緣康滇地軸西側(cè),江浪背斜東南翼近軸部的傾沒部位。礦體形態(tài)多呈似層狀和透鏡狀,也有呈疊瓦狀、分枝復合狀;垂向上平行重疊,縱橫向上互相超覆;傾向南東,傾角20°~25°。礦體厚度一般為1~3 m,平均厚度2.43 m,普氏硬度系數(shù)f=10~12,平均體重3.1 t/m3;圍巖普氏硬度系數(shù)f=12~14,體重2.6 t/m3。圍巖主要為石英巖、石英片巖、斜長角閃巖和云母片巖。
采用平硐-盲斜井聯(lián)合開拓。全礦共劃分24個中段,自2860~2400 m中段,中段高20 m。采用中段壓入式對角通風及自然通風,自流排水,局部抽水。設計采用先上盤后下盤、自上而下、自西向東后退式回采,主要運用全面法、房柱法及底盤漏斗崩落法開采。自1994年試采至今,已生產(chǎn)22年,累計采出礦石600余萬t,截止2015年底,井下采空區(qū)面積約為70萬m2,并以每年4~5萬m2的速度增加。
隨著開采范圍的增加,井下采空區(qū)不斷擴大并連成片,巖體初始的應力平衡狀態(tài)已被打破,部分采空區(qū)周圍巖體中的次生應力大于巖體的極限強度,導致巖體破裂及巖移活動,頻現(xiàn)多種地壓活動現(xiàn)象。
地表懸浮破碎巖體及巖崩堆積區(qū)不斷擴大,江浪溝巖崩區(qū)和海底溝側(cè)巖崩區(qū)在拖泥山尖交匯相連,井下2640~2680 m中段平巷多處冒頂片幫并造成堵塞,空區(qū)經(jīng)常自然冒落,現(xiàn)生產(chǎn)中段及回采作業(yè)點頻現(xiàn)冒頂片幫現(xiàn)象,甚至新開采切工程亦出現(xiàn)斷頂片幫現(xiàn)象;地壓巖移活動頻率越來越高,已造成礦山貧化損失加大,給生產(chǎn)中段及整個礦山生產(chǎn)系統(tǒng)構成較大的安全威脅。
根據(jù)里伍銅礦的現(xiàn)場情況,確定其地壓監(jiān)測包括巖體聲發(fā)射監(jiān)測,鉆孔應力監(jiān)測和宏觀觀測。具體內(nèi)容見表1。
表1 里伍銅礦地壓監(jiān)測內(nèi)容
2014年8月,進行了井下監(jiān)測點現(xiàn)場布設工作,此次共布設巖體聲發(fā)射監(jiān)測點42個,鉆孔應力計監(jiān)測點23個。2015年7月,對井下監(jiān)測點進行了增補,增加巖體聲發(fā)射監(jiān)測點7個,增加鉆孔應力計監(jiān)測點4個。兩次共計布設巖體聲發(fā)射監(jiān)測點49個,鉆孔應力計監(jiān)測點27個。由于現(xiàn)場實施方面的緣由,監(jiān)測點的布設地點和編號與初期設計相比有所變更。監(jiān)測點的布設地點位于A2、B2、E2、E1、D2、B1等礦體中。
3.1巖體聲發(fā)射監(jiān)測結果
巖體聲發(fā)射監(jiān)測所用的儀器為長沙礦山研究院有限責任公司制造的DYF-2型智能聲波監(jiān)測多用儀,自2014年9月開始監(jiān)測。
觀測周期基本上為每月一次。觀測時間為上午,單孔監(jiān)測5 min左右。記錄的巖體聲發(fā)射參數(shù)有:大事件N(次/min)、總事件n(次/min)、能率E。截至2016年1月底,已獲得巖體聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)1800余個。
井下共布設了49個聲發(fā)射監(jiān)測點,其中,只有18個點監(jiān)測到巖體聲發(fā)射現(xiàn)象。這18個點中,大事件數(shù)基本上為0~2,總事件數(shù)基本上為1~3,能率值一般小于300;只有13號測點(S13)的聲發(fā)射現(xiàn)象較為明顯。13號測點的總事件數(shù)隨時間的變化情況見圖1。
總之,除個別測點參數(shù)異常外,絕大部分測點的巖體聲發(fā)射參數(shù)均很??;表明在目前狀態(tài)下,所測區(qū)域內(nèi)巖體聲發(fā)射現(xiàn)象不明顯。
A2區(qū)、B2區(qū)、B1區(qū)和E2+E1+D2區(qū)這幾個區(qū)域相比較而言,E2+E1+D2區(qū)的巖體聲發(fā)射現(xiàn)象相對較為明顯,其它區(qū)巖體聲發(fā)射現(xiàn)象均不明顯。
圖1 測點S13總事件數(shù)隨時間變化曲線
3.2鉆孔應力監(jiān)測結果
鉆孔應力計的型號為ZLGH-20型,配套使用的檢測儀為GSJ-2A型多功能電腦檢測儀,自2014年9月開始鉆孔應力計監(jiān)測。監(jiān)測周期基本上為每月一次。每次記錄的參數(shù)有:當次頻率f(Hz);當次壓力P(MPa)。截至2016年1月底,已獲得鉆孔應力計監(jiān)測數(shù)據(jù)600余個。
共布設了27個鉆孔應力計監(jiān)測點,其中,只有4個鉆孔應力計最后一次監(jiān)測時處于受壓力作用狀態(tài),壓力增量值為0.09~0.63 MPa,壓力增量較小。表明大部分鉆孔應力計處于未受壓狀態(tài),處于受壓狀態(tài)的應力計其壓力增量也較小。
A2區(qū)、B2區(qū)、B1區(qū)和E2+E1+D2區(qū)相比較而言,B2區(qū)受壓力作用相對較為明顯,E2+E1+D2區(qū)次之,A2區(qū)和B1區(qū)受壓不明顯。
(1) 49個巖體聲發(fā)射監(jiān)測點中,只有18個點監(jiān)測到巖體聲發(fā)射現(xiàn)象,除個別測點參數(shù)較大外,絕大部分測點的巖體聲發(fā)射參數(shù)均很小。表明在目前狀態(tài)下,所測區(qū)域內(nèi)巖體聲發(fā)射現(xiàn)象不明顯。
(2) 27個鉆孔應力計中,僅有4個鉆孔應力計處于受壓力作用狀態(tài),大部分鉆孔應力計處于未受壓狀態(tài),處于受壓狀態(tài)的應力計其壓力也較小。
(3) 綜合巖體聲發(fā)射監(jiān)測和鉆孔應力計監(jiān)測的觀測成果認為,目前里伍銅礦井下巖體穩(wěn)定性整體良好,短期內(nèi)(3個月)發(fā)生大規(guī)模地壓活動的可能性較小。
(4) 由于對大面積采空區(qū)失穩(wěn)事件進行預測預報需要大量、長期的監(jiān)測資料,建議里伍銅礦堅持長期開展現(xiàn)場地壓監(jiān)測工作,不斷積累第一手觀測資料。當遇到監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,必須引起高度重視和警覺,并加密監(jiān)測周期。
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2016 ̄05 ̄04)
張光齊(1969-),男,高級工程師,負責礦山地質(zhì)、測量、采礦技術及采礦生產(chǎn)管理工作。