聲發射監測技術在大寶山礦業公司的應用

趙 興,陳學軍

(廣東省大寶山礦業有限公司, 廣東韶關市 512128)

聲發射監測技術在大寶山礦業公司的應用

趙 興,陳學軍

(廣東省大寶山礦業有限公司, 廣東韶關市 512128)

廣東省大寶山礦業有限公司銅業分公司針對露天境界內地下采空區的賦存狀況,建立了 2套多通道全天候聲發射監測系統,對重點生產地段巖體的穩固性進行 24h自動監測,為判斷采空區的穩定性提供了科學依據,確保了礦山的安全持續生產。

采空區;地壓監測;多通道聲發射監測系統;預警預報

廣東省大寶山礦業有限公司銅業分公司所開采的凡洞礦區,1958年投產至 2005年底,主要以地下開采為主,井下采空區主要分布在 31線至 51線。為了合理利用資源,于 2002年中旬開始露天建設,到 2004年底已形成 2000t/d的露天生產規模。現露天采場開采最低標高為 706m。目前對生產有直接影響的空區分布在 650水平以上,據初步統計,650水平以上空區面積達 86449m2,體積近 585034 m3,部分空區已經塌陷。隨著露天生產臺階的下降,露天境界內采空區的穩定性直接影響到人員和設備的安全,形成較大的安全隱患。因此,必須采用一種較先進的監測手段,以便及時為礦區安全生產提供保障。

1 地壓監測系統

對可能發生的地質災害采取有效的監測和控制方法,以便及時采取安全措施,避免大規模災害事故的發生。為此,公司與長沙礦山研究院合作,采用多通道聲發射監測系統對重點生產地段的穩固性進行監測監控,從而有效了解采場下部采空區的穩定性,達到指導安全生產的目的。

通過對礦山生產現狀及采空區進行現場調查后,最終確定本次監測在 1、2號主井安裝 2套 12通道 STL-12型聲發射監測系統(見圖1),采用計算機系統控制,實施 24h連續監測。

圖1 聲發射監測系統方案

2 監測區域

(1)1號主井采空區頂板及周邊區域。1號主井采空區主要分布在 45#～59#勘探線之間,470～617m中段。由于 1號主井采空區周邊巖體條件較差,經數次坍塌后,目前只有 591,530,515m3個中段能進入調查,經過現場踏勘及對相關資料進行分析后,認為此處采空區仍存在繼續垮塌的可能。且露天開采作業過程中產生的爆破震動及沖擊波也可能造成采空區失穩破壞。因此,1號主井采空區頂板及周邊區域的地壓活動需要監測,尤其要防止大范圍垮塌形成沖擊地壓災害。

(2)2號主井采空區頂板及周邊區域。2號主井采空區主要分布在 33#～51#勘探線之間,615～668m中段,位于目前主要露天開采區域的下方。由于近幾年露天開采的影響,該區域除 650m中段以外的所有中段均已垮塌,無法進入。且最近幾次大的塌方事件也主要位于 2號主井范圍以內。因此2號主井采空區頂板及周邊區域的穩固與否將直接影響到露天采場的安全生產。

3 監測結果分析

大寶山礦聲發射監測系統于 2009年 3月正式投入運行時,井下采礦作業活動已完成,露天采礦活動主要集中在 35#～45#勘探線間的 697～721平臺。根據 1a的監測數據,對聲發射事件率、事件能率進行了統計,且結合礦山開采進度分析了地壓活動的變化趨勢。

3.1 監測結果統計

(1)2#、4#、6#、12#傳感器主要用來監測 45#～51#勘探線間Ⅰ號采空區群的穩定性,監測結果表明這幾個傳感器的聲發射事件基本具有相同的變化規律,均在 2009年 3～4月處于相對較高的水平,其后處于一個聲發射活動相對平靜期。

(2)3#、5#傳感器用來監測 591m水平已部分充填的Ⅱ號采空區群的穩定性,監測結果表明這兩個傳感器的聲發射事件變化規律基本相同,2009的3月聲發射事件率明顯高于正常水平,此后處于一個聲發射活動相對平靜期。

(3)8#、9#、10#、11#傳感器用來監測 530m水平Ⅱ號采空區群的穩定性,監測結果表明 2009年 3月～2010年 2月期間,該采空區聲發射事件相對較平靜,采空區穩定性較好。

(4)1#、7#傳感器用來監測 530,590m水平的兩個較小采空區的穩定性,監測結果表明,在聲發射系統正常運行的 1a內,這兩個采空區所采集到的聲發射事件相對較平靜,采空區穩定性較好。

通過對監測系統正常運行 1a時間內的監測結果統計,結果表明:現場監測數據與井下聲發射探頭埋設區域的實際狀況具有很好的一致性。

3.2 地壓活動預測預報

從統計結果可以看出,在監測系統正常運行的1a時間內,2009年 3～4月聲發射事件率明顯高于正常水平。在這段時間內,通過對監測結果進行統計分析,曾對兩次地壓活動事故進行了預警。

(1)第一次出現聲發射地壓活動事件預警的中心點位于 591m水平Ⅱ號采空區周邊,推測為該處采空區由于未充滿,在地表露天爆破作業的影響下,產生失穩。預警區域見圖2。

圖2 2009年3月14日地壓活動預警

通過實地調查發現,Ⅱ號采空區于 2009年 3月14日中午 12:30左右產生較大范圍垮塌現象,塌落巖體約 4000m3。

(2)第二次出現聲發射地壓活動事件預警的中心點位于 591m水平Ⅰ號采空區周邊,推測為該處存在較大范圍的未處理采空區,受地表露天爆破作業的影響,產生失穩、頂板垮落。預警區域見圖3。通過實地調查發現,591m水平Ⅰ號采空區于 2009年 3月 29日下午 19:20左右產生大范圍冒頂現象,塌落巖體約 10000m3。

圖3 2009年3月29日地壓活動預警

通過監測結果與現場調查結果的對比分析可以看出,監測結果真實可靠,可以作為指導礦山安全生產的依據。

4 結 論

(1)針對大寶山礦生產現狀及采空區現場調查情況,建立了 2套 24h實時聲發射監測系統,為判斷井下采空區穩固情況提供可靠的科學依據。

(2)通過對大寶山礦 1a內聲發射監測結果進行統計分析,對監測時間段內的地壓活動進行了有效預測預報。與現場調查結果對比分析可得,監測結果準確可靠,可以作為指導礦山安全生產的依據。

[1] 鄒永東,張 宣,余其新.大寶山礦志第二卷[R].韶關:廣東省大寶山礦業有限公司,2008.

[2] 唐紹輝.AE法地應力測量技術在金屬礦山中的應用[J].礦業研究與開發,2002,22(4):18～20.

[3] 唐紹輝,潘 懿,黃英華,等.深井礦山地壓災害微震監測技術應用研究[J].巖石力學與工程學報,2009,28(Z2):3597～3603.

[4] 陳頌文.廣西某礦特大采空區穩定性的監測[J].采礦技術,2009,9(2):22～23.

2010-07-05)

趙 興(1984-),男,湖南永洲人,助理工程師,主要從事于露天采礦技術工作及采空區處理。