地壓監(jiān)測在采空區(qū)地壓管理中的運用

摘要：采用空場法這一采礦方法開采的礦山，隨著開采年限的增加，采空區(qū)體積也將隨著采礦工作的繼續(xù)而不斷增大，最終會留下了大量采空區(qū)。如何作好采空區(qū)的地壓管理工作，保障礦山可持續(xù)安全生產(chǎn)是礦山面臨的實際問題。本文對天馬山黃金礦業(yè)有限公司在地壓管理工作中運用地壓監(jiān)測方法進行了探討和論述。

關(guān)鍵詞：空場法 地壓管理 監(jiān)測 充填

1 概述

銅陵有色股份天馬山黃金礦業(yè)有限公司經(jīng)過十多年的開采，現(xiàn)有+5米中段、-25米中段、-55米中段、-95米中段、-135米中段、-175米中段、-215米中段、-255米中段共八個中段。其中-95米以上中段已基本開采完畢，-135米中段至-215米中段為生產(chǎn)中段。礦山開采所采用的為空場嗣后一次充填采礦法。但由于充填料不足，只充填了一小部分的空區(qū)，尚有大部分空區(qū)沒有及時充填，形成大量空區(qū)。而且隨著礦山的采礦生產(chǎn)，空區(qū)的體積將不斷增大，采空區(qū)的穩(wěn)定性和地壓管理和控制對礦山安全生產(chǎn)的影響越來越大。

2 工程地質(zhì)

天馬山礦床礦體圍巖主要包括角巖、泥質(zhì)粉砂巖、白云石大理巖、大理巖，一些礦體的圍巖是閃長巖。

通過礦巖優(yōu)勢及節(jié)理方向的現(xiàn)場調(diào)查，按傾向礦體有N55°E，S25°-35°W兩組，角巖為S35°W，N4°W兩組，大理巖只有S25°-35°W一組。礦體、角巖、大理巖密度和節(jié)理間距分別是0.76、0.81、0.5米/條，因此屬于較完整巖體。

根據(jù)1992年地質(zhì)工作所做的巖石力學實驗，天馬山礦巖巖石力學參數(shù)見下表1：

表1 巖石力學室內(nèi)試驗參數(shù)表（飽和狀態(tài)）

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3 空區(qū)分布情況

天馬山礦現(xiàn)有采空區(qū)體積為120萬方左右，其中：已充填采空區(qū)體積為20萬方左右，待充填采空區(qū)體積為100萬方左右，按中段統(tǒng)計大小采空區(qū)的數(shù)量為160個。采空區(qū)主要分布于+5米中段、-25米中段、-55米中段、-95米中段四個中段，-55米中段以上的空區(qū)體積在56萬方，-95m中段以上空區(qū)體積在70萬方左右。空區(qū)分布情況（詳見下表2）

4 天馬山空區(qū)地壓監(jiān)測方案

4.1 采空區(qū)地壓監(jiān)測系統(tǒng)的整體布局和監(jiān)測內(nèi)容

①礦體上下盤沿脈、穿脈（礦體底板中）巷道圍巖壓力；②采場礦柱間穿脈巷道圍巖壓力；③采空區(qū)頂板巖體變形與冒落情況。

4.2 監(jiān)測方式及監(jiān)測點布置

應(yīng)該選擇使用可靠、經(jīng)濟實用，且具有較高的靈敏度、易于安裝的檢測方式。根據(jù)天馬山礦段采空區(qū)的特點，按照對礦山地壓監(jiān)測常用手段的分析和調(diào)查，選型時，要確保元件質(zhì)量和得到的數(shù)據(jù)可靠，造價較低，能夠大量布置，且抗腐蝕能力良好。最后選擇位移計和應(yīng)力計組合安裝的方式，以便同時對采空區(qū)巖石的位移和應(yīng)力變化進行監(jiān)測，并通過對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分析以判斷和掌握采空區(qū)的穩(wěn)定情況。

-95米中段以上監(jiān)測網(wǎng)共布3只多點位移計，6只應(yīng)變計和6只應(yīng)力計。安裝位置如下：①+5米8-9線布置2只多點位移計，1只應(yīng)變計和1只應(yīng)力計，3線布置1只應(yīng)力計，1線布置一只應(yīng)力計。②-25米中段3、5、7線各布置1只應(yīng)變計，1只應(yīng)力計。③-55米中段，7線布置1只應(yīng)力計，2-3線布置1只多點位移計和1只應(yīng)變計。

4.3 監(jiān)測方法及監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)整理與分析

按照設(shè)計安裝好相關(guān)的測試元件后，日常有礦山技術(shù)人員和科研人員一起，通過運用專用地壓測量電子儀器進行監(jiān)測，獲取沉降變形、應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測模數(shù)，對獲取的監(jiān)測模數(shù)進行記錄并做好整理和分析工作，按季度和年度出具地壓監(jiān)測總結(jié)報告。

5 監(jiān)測結(jié)果的分析與結(jié)論

利用對井下巷道工程及采空區(qū)周邊巖體的調(diào)查和分析，根據(jù)具體的地壓監(jiān)測紀錄及相關(guān)數(shù)據(jù)，得出總的結(jié)論：目前采空區(qū)除局部有片幫冒落外，整體狀態(tài)比較穩(wěn)定。

①歷年監(jiān)測沉降位移和應(yīng)力的變化顯示為平緩狀態(tài)，沉降位移變化值為2.89mm，應(yīng)力最大變化量在-1.41MPa～-1.63MPa之間。

②按照實際的工程地質(zhì)勘察情況，確定天馬山礦段巖體的堅硬程度(RC)定性指標，經(jīng)研究，天馬山礦段均屬堅硬或較堅硬的巖體；從巖體完整程度（KV）來看，都屬于完整或較完整的巖體；從巖體基本質(zhì)量（BQ）級別來看，都是Ⅱ級。這樣的地質(zhì)情況能使采空區(qū)維持穩(wěn)定狀態(tài)。

③從宏觀調(diào)查及具體監(jiān)測情況來分析，調(diào)查及監(jiān)測范圍內(nèi)沒有現(xiàn)象特征，這說明采空區(qū)曾出現(xiàn)過垮冒的地壓顯現(xiàn)活動，也沒有任何跡象反映出采空區(qū)將臨發(fā)生垮冒的地壓顯現(xiàn)活動，采空區(qū)的狀態(tài)基本穩(wěn)定。

④通過對空區(qū)現(xiàn)狀及下部礦體回采時數(shù)值模擬計算得知：39線附近已有空區(qū)頂板巖層雖有拉應(yīng)力存在，但還沒有滿足大理巖的抗拉強度，因此對生產(chǎn)不會產(chǎn)生過多的影響。

⑤在繼續(xù)做好-55米中段以上空區(qū)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，由于礦山生產(chǎn)的繼續(xù)，-55米中段以下新增的空區(qū)在不斷擴大增多，還需在井下適當?shù)囟卧黾宇A埋監(jiān)測元件，完善地壓監(jiān)測網(wǎng)，擴大對采空區(qū)的監(jiān)測面。切實掌握礦山采空區(qū)地壓活動規(guī)律，確保井下安全。