蘭 虎

(廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹縣 547207)

0 概 況

礦山生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的安全管理非常重要，尤其是金屬礦山地下開采中，地壓管理是礦山生產(chǎn)搞好安全工作的技術關鍵。因礦山采空區(qū)地壓活動及頂板失穩(wěn)等問題，對人員和設備造成安全危害，發(fā)生的安全事故占了礦山安全事故的很大比例，如果管理不善，則嚴重制約礦山安全環(huán)保和經(jīng)濟效益。

地壓管理主要包括礦山地下開采中的頂板管理和采空區(qū)地壓活動監(jiān)控等方面，旨在日常生產(chǎn)中對地壓活動進行監(jiān)控，預防因地壓活動對生產(chǎn)的影響和安全危害，提高安全性和促進生產(chǎn)?；趶V西大廠礦區(qū)及同類礦山生產(chǎn)實際，尤其是銅坑礦多年來的管理經(jīng)驗，要做好地壓管理工作，為采礦生產(chǎn)提供良好的安全技術條件，首先要建立健全地壓管理制度，同時需要有相應的監(jiān)測監(jiān)控技術手段，實時對可能發(fā)生的地壓活動危害進行監(jiān)測預警。

自銅坑礦建礦以來，經(jīng)過多年的開采，井下空區(qū)量不斷增加，井下地壓活動日益嚴重，井下巖層移動范圍不斷擴大，致使地表出現(xiàn)塌陷坑或沉降盆地，凸顯的問題也越來越多，對井下正常生產(chǎn)和生產(chǎn)安全的影響逐步加大，井下巷道變形、冒頂，礦柱承壓過載垮塌等情況逐步出現(xiàn)且日益嚴重，礦山地壓監(jiān)測監(jiān)控及預警分析工作亟待解決。因此，銅坑礦建立了一支有多種專業(yè)人才的專職地壓監(jiān)控隊伍，負責礦山井下地壓的日常監(jiān)測分析預警及地表巖層移動的監(jiān)測工作，地壓組多次的預警預報保證了井下人員設備及時撤離，避免了人員損傷和設備財產(chǎn)損失，為礦山生產(chǎn)安全提供了很大程度的保障，提高了礦山安全生產(chǎn)水平。

1 銅坑礦地壓管理的機構(gòu)建設與地壓監(jiān)控模式

(1) 建立地壓監(jiān)測專業(yè)技術隊伍和有效的管理機制。為了有效應對井下日益嚴重的地壓問題，銅坑礦與長沙礦山研究院有限責任公司合作，按照礦山監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相應規(guī)范設計布置監(jiān)測網(wǎng)絡，并成立了專職地壓監(jiān)控小組，長期負責銅坑礦井下地壓活動和地表巖層移動的監(jiān)測、監(jiān)控及預警分析。

(2) 建立和逐步完善了頂板管理和地壓監(jiān)測監(jiān)控制度。在開采初期和以后的各個階段安裝和補充監(jiān)測設備，對井下地壓活動較活躍的局部區(qū)域進行現(xiàn)場巡查、安裝滑尺、裂縫標定、對比拍照、布設水準點等監(jiān)測，并購買了較先進的DYF-2型智能聲波檢測儀和多通道聲發(fā)射監(jiān)測儀對巖體破壞情況進行監(jiān)測；在地表布設了簡易的巖移監(jiān)測網(wǎng)。

(3) 在初期地壓監(jiān)測工作基礎上，逐步擴大監(jiān)控范圍，增加監(jiān)測設備，不斷完善地壓監(jiān)測方法。根據(jù)銅坑礦年度采掘計劃，結(jié)合各采場開采順序、采礦方法、采充現(xiàn)狀等，確定網(wǎng)絡擴建范圍和重點監(jiān)測區(qū)域，采用多套地壓監(jiān)測設備，包括SDL-12和STL-24聲發(fā)射與微震監(jiān)測系統(tǒng)等，實現(xiàn)對區(qū)域地壓的有效預警與控制；根據(jù)井下數(shù)值模擬計算結(jié)果，進行應力應變狀況及塑性破壞區(qū)域的計算分析，并預計下一步各中段地壓活動趨勢，為圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測分析需要布點位置提供科學依據(jù)；根據(jù)歷年來地壓監(jiān)測技術研究成果，采用了遠程聲發(fā)射地壓監(jiān)測、井下巖體應力變化監(jiān)測、巖體位移與巷道收斂監(jiān)測、頂板離層與水準沉降監(jiān)測、地表巖移測量監(jiān)測、巖體裂縫測量監(jiān)測、現(xiàn)場巡檢監(jiān)測、攝影監(jiān)測、地質(zhì)構(gòu)造宏觀調(diào)查分析等多種有效監(jiān)測手段，逐步形成了有自身特點的綜合性地壓監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)了銅坑礦大范圍地壓監(jiān)控與地表巖移監(jiān)測預警。

2 相應技術方法的不斷改進

(1) 進行監(jiān)測系統(tǒng)的更新改造，實現(xiàn)監(jiān)測設備高效運轉(zhuǎn)。隨著銅坑礦生產(chǎn)的進展，地壓監(jiān)測網(wǎng)絡不斷擴大，監(jiān)測設備大量增加，由于井下環(huán)境條件復雜，監(jiān)測設備易遭到采掘運輸設備、生產(chǎn)爆破、自身質(zhì)量、人為損壞等因素影響，無法正常工作，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)間斷，連續(xù)性差，無法準確進行井下地壓態(tài)勢的分析預測，為實現(xiàn)地壓監(jiān)測設備高效運轉(zhuǎn)，采取了掛牌警示、更改或隱蔽通訊線路、變更傳感器安裝方法、及時升級更新監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件、定期設備保養(yǎng)、制定井下地壓監(jiān)測設備保護制度等措施，并根據(jù)主要生產(chǎn)區(qū)域的變化進行通訊線路變更優(yōu)化。井下大部分地壓監(jiān)測線路都是掛在巷道的風、水、電掛鉤上使用，井下大部分風、水、電掛鉤高度僅為1.5～1.8 m左右，在運輸設備可能碰撞高度范圍內(nèi)，由于監(jiān)測線路硬度不及風水管強，即使發(fā)生輕微摩擦，也會造成線路撞斷或致線路損壞，經(jīng)研究決定采用金屬膨脹鉤重新施工線路掛鉤，更改線路布設高度，將原來布設不合理的線路重新掛置膨脹鉤上，不得有懸吊現(xiàn)象，線路掛置要求整齊，并在線路上懸掛“地壓監(jiān)測線路 請勿破壞”警示牌，提示過往運輸設備注意，實現(xiàn)地壓監(jiān)測線路專線專掛鉤，不與其它電纜及風水管共同使用掛鉤，便于日常維護檢查；針對傳感器耦合程度低，監(jiān)測效果差這一問題，地壓監(jiān)控人員專門設計并制作了傳感器安裝桿和耦合介質(zhì)推桿，采用全耦合劑耦合方式安裝傳感器，并用水泥將安裝孔完全封閉，既提高了傳感器的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，又有效降低了傳感器的外圍干擾。

(2) 及時升級更新監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件，并進行定期設備保養(yǎng)。銅坑礦每年與長沙礦山研究院等科研院所合作，對監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件進行升級更新，保持監(jiān)測設備軟件的穩(wěn)定性和硬件的可靠性，并根據(jù)實際監(jiān)測需要補充相應的儀器設備，在局部地壓活動劇烈區(qū)域增強監(jiān)測，增加針對性強的設施設備和其他輔助監(jiān)測手段。

(3) 制定和完善井下地壓監(jiān)測設備保護制度，及時修復受損設備。銅坑礦井下地壓監(jiān)測設備井下部分建立集中監(jiān)測室，采用專用電纜、通訊線和電源，實行分區(qū)管理，實行在線網(wǎng)絡監(jiān)測，設施受損破壞后，地表地壓工作人員可第一時間獲知，并及時派出監(jiān)測維護人員進行現(xiàn)場修復。

3 地壓監(jiān)測制度的逐步完善

為全面、有效地收集各種地壓活動信息，系統(tǒng)地監(jiān)測和分析礦區(qū)地壓活動發(fā)展趨勢，積極制定相應的監(jiān)控和預防措施，控制井下地壓活動的危害，確保安全生產(chǎn)，制定了銅坑礦地壓監(jiān)測工作管理制度。針對日常地壓技術工作、現(xiàn)場地壓工作、地壓資料管理、地壓活動匯報、監(jiān)測儀器、網(wǎng)絡管理、業(yè)務培訓等方面制定了詳細的要求。

(1) 地壓監(jiān)測技術工作制度。對宏觀地壓：根據(jù)礦年度生產(chǎn)規(guī)劃以及上年度的地壓工作總結(jié)，制定、編制相應的年度地壓工作規(guī)劃，報上級部門審批執(zhí)行；年度內(nèi)進行1～2次礦區(qū)次生應力數(shù)值模擬計算，分析和研究礦區(qū)地壓活動的發(fā)展變化規(guī)律，指導地壓監(jiān)測、預報與控制工作。每個季度對當前礦區(qū)空區(qū)總體分布、地壓活動監(jiān)測情況進行整理，并由礦部組織礦相關技術人員定期召開地壓專題會議，分析當前地壓活動的影響因素，內(nèi)部評價各區(qū)域地壓活動級別，分級劃分管理區(qū)域，制定相應的監(jiān)測和預防措施。區(qū)域地壓：根據(jù)不同級別的地壓管理區(qū)域，設計監(jiān)測方法并組織實施，適時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析、預報地壓活動狀況；采場地壓：根據(jù)采場設計的地壓控制方法執(zhí)行監(jiān)控，根據(jù)采場地壓活動的發(fā)展變化，可補充必要的監(jiān)測手段。

(2) 現(xiàn)場地壓監(jiān)測工作制度。在保證安全的前提下進行現(xiàn)場地壓工作，嚴格按照制定的不同區(qū)域監(jiān)測周期執(zhí)行日常監(jiān)測，并做好細致完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄。

(3) 地壓資料管理制度。建立地壓資料電子檔案庫，定期對地壓資料電子檔案進行刻錄保存；按照區(qū)域或采場分別建立單獨的地壓活動檔案，記錄其地壓活動的發(fā)展變化狀況；根據(jù)回采進度或地壓活動變化情況，適時更新地壓資料，包括空區(qū)變化圖、文字說明等。

(4) 地壓活動匯報制度。正常匯報：定期(半月)對地壓活動區(qū)的監(jiān)測情況進行分析總結(jié)，并形成書面材料(簡報)上報有關領導、安全和生產(chǎn)組織部門。異常匯報：據(jù)地壓活動的顯現(xiàn)程度、影響范圍、危害程度，將地壓活動異常分為高級、中級、初級3級，實施動態(tài)監(jiān)測管理與上報。

(5) 監(jiān)測儀器、網(wǎng)絡管理制度。專人專區(qū)負責設備的及時維護，確保監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡正常高效運轉(zhuǎn)，并定期對地壓監(jiān)測設備設施進行養(yǎng)護作業(yè)。

(6) 地壓監(jiān)測業(yè)務培訓制度。定期進行地壓專職監(jiān)測人員基本技能培訓和安全培訓，達到熟練掌握各種監(jiān)測儀器的使用與維護，正確描述與記錄現(xiàn)場地壓現(xiàn)象，進行圖紙資料的更新與說明，具備地壓活動的辨識能力與分析能力。

4 地壓監(jiān)測與安全管理水平不斷提高

4.1 地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析

現(xiàn)場實測積累的大量數(shù)據(jù)是進行地壓動態(tài)分析研究最基本和最重要的資料，如：沉降量、巖音事件數(shù)及事件率、裂縫發(fā)展趨勢及曲線圖、空區(qū)各時段的基礎狀況、地表陷落區(qū)各塌陷坑的變化情況等等，采用圖形文件和表格文件分類存儲的方式，并建立地壓動態(tài)數(shù)據(jù)庫進行科學有效的管理，可以更方便、直觀、科學的運用現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析和地壓活動趨勢判斷。應用專業(yè)軟件和輔助軟件，結(jié)合礦山巖石力學理論，對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分類匯總，再依據(jù)日常檢查情況進行綜合分析。地壓監(jiān)測預警過程示例:

第一步,數(shù)據(jù)分析。例如，560水平三盤區(qū)空區(qū)頂板活動趨勢分析。從圖1分析可知：自2008年5月開始，560水平三盤區(qū)10#線空區(qū)頂部出現(xiàn)較明顯的整體沉降加速現(xiàn)象，結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測結(jié)果(5月之前該區(qū)域就出現(xiàn)巖音頻繁現(xiàn)象，巖體開始破壞)和現(xiàn)場檢查情況，分析認為該區(qū)域巖體尚未達到整體塑性變形的程度，還具有一定的穩(wěn)定支撐能力，應密切監(jiān)測巖體的穩(wěn)定性和區(qū)域作業(yè)安全情況，加快完成空區(qū)治理工作，避免巖體發(fā)生急速破壞造成激烈的地壓活動。

圖1 560水平三盤區(qū)空區(qū)頂板沉降觀測數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢

第二步，監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總分析結(jié)果與匯報。定期組織召開地壓專項分析會，對近期地壓活動情況作匯報，使日常地壓動態(tài)分析可以做出全面、準確、迅速和可靠的客觀判斷，并及時反饋至安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

通過整體和區(qū)域性地壓監(jiān)測的有機結(jié)合，綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的量變及其曲線趨勢、屬性變化等指標，對監(jiān)測區(qū)域的地壓活動性質(zhì)進行預測預警，準確預報地壓活動、發(fā)出預測預警多次(見表1)。

表1 近年銅坑礦部分地壓監(jiān)測預報預警

近年來，通過每天的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行了地壓活動的實時監(jiān)測，提出了有效安全防范措施和建議，及時指導礦山安全生產(chǎn)，避免了礦山地壓活動災害導致的人身、設備事故，為礦山生產(chǎn)安全、采礦的優(yōu)化設計和安全出礦提供了科學依據(jù)。

4.2 不斷完善地壓管理制度

銅坑礦多年堅持定期進行地壓監(jiān)測分析和匯報制度：一是每半月對地壓活動區(qū)的監(jiān)測情況進行分析總結(jié)，編制地壓監(jiān)測簡報，上報集團公司和礦山主管領導、安全和生產(chǎn)組織部門；二是每個季度初全礦組織召開地壓工作專題會議，對當前礦區(qū)空區(qū)總體分布、地壓活動監(jiān)測情況進行數(shù)據(jù)分析，與長沙礦山研究院有限責任公司聯(lián)合進行礦區(qū)次生應力和危險區(qū)域數(shù)值模擬計算，分析當前地壓活動的影響因素，評價各區(qū)域地壓活動級別，根據(jù)危險程度分3個監(jiān)測等級進行管理，制定相應的監(jiān)測和預防措施。

通過加強地壓活動監(jiān)測預報，對災害險情監(jiān)測監(jiān)控和及時預警,逐步進行標準化管理，加強日常地壓管理工作，及時發(fā)現(xiàn)每個時期的地壓顯現(xiàn)和危害，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性分析和現(xiàn)場檢查判斷安全狀況，以及處于地壓活動的哪個時期、是否能進行治理，確定支護工程施工方法和時機，從根本上消除安全隱患，并通過優(yōu)化開采設計和地壓治理，大大提高了資源回采率和安全水平，取得了良好績效。

5 結(jié) 論

(1) 銅坑礦多年的開采導致了井下地壓活動加劇，局部地壓顯現(xiàn)嚴重、巖體破壞程度大，部分采場垮落冒通至地表，形成了礦山和諧平穩(wěn)安全發(fā)展與井下安全威脅增大的矛盾，地壓管理顯得非常重要。為此，礦山企業(yè)建立了由多專業(yè)人才組成的專職地壓監(jiān)控隊伍，開展井下地壓的日常監(jiān)測分析預警及地表巖層移動監(jiān)測工作，并發(fā)出了多次預警預報，保證了井下人員設備及時撤離，避免了人員損傷和設備財產(chǎn)損失，取得了積極有效的地壓控制效果。

(2) 經(jīng)多年精心建設，銅坑礦多年與科研單位合作，形成了具備自身特點的綜合性地壓監(jiān)測技術，并在實際監(jiān)測過程中不斷進步完善，為礦山生產(chǎn)安全提供了很大程度的保障，有效提高了礦山安全生產(chǎn)條件，得到了同行的認可和部分借鑒，為同類礦山相似問題的解決提供了的經(jīng)驗。

(3) 通過不斷完善，形成了具備銅坑礦特色的地壓監(jiān)測監(jiān)控制度。對井下不同地壓情形采取具有強針對性的不同的組合監(jiān)測方法體系和監(jiān)測周期，形成了以地壓監(jiān)測、分析預警、安全監(jiān)控、動態(tài)管理為核心的地壓監(jiān)測管理機制。

(4) 實踐證明，礦山成立地壓監(jiān)測專門機構(gòu)，做好地壓監(jiān)控基礎建設與維護，安排地壓監(jiān)測與安全管理專職人員，采取地壓監(jiān)測多種手段，采集多類別的地壓監(jiān)測基礎數(shù)據(jù)進行綜合分析，可以達到地壓管理和險情預警的技術目標，為礦山安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好的技術條件。