北山礦的地壓監測與分析

李有德

(廣西北山礦業發展有限責任公司， 廣西 環江縣 547100)

北山礦的地壓監測與分析

李有德

(廣西北山礦業發展有限責任公司， 廣西 環江縣 547100)

分析了北山礦采空區穩定性情況，對近年來該礦區地壓活動情況進行了總結。在工程地質調查的基礎上，在該礦建立了2套12通道的聲發射監測系統，并且成功預報了一次大規模的巖層垮落事件。設定了北山礦地壓監測制度和預警指標，為礦山安全生產提供技術保障。

地壓監測；采空區穩定性；監聲發射監測系統；預警指標

1 概 況

北山礦位于廣西壯族自治區河池市環江縣境內，礦區面積1.647 km2，是以硫和鋅為主，含鉛并伴生銀、鎘、鍺等貴重分散元素的大型綜合礦床，共有三個含礦帶，其中II號礦帶的礦體劃歸廣西北山礦業發展有限責任公司開采，I、III號含礦帶的礦體分別劃歸重組后的化達、環江新發兩礦業有限責任公司開采，1980年代后期由廣西冶金設計院設計。1993年投產，生產規模為800 t/d。年產鉛金屬0.5萬t，鋅金屬1.5萬t。

2 北山采空區穩定性分析

由于1995年至2001 年上半年礦業秩序較混亂，眾多窿口盜采0#勘探線以北210～370 m 標高段的富礦體，形成了1#、2#、3#、4#大采空區，空區體積達316.86萬m3。原已建成的井下開拓運輸、通風系統受到嚴重破壞，使礦山不能維持正常的生產秩序。2006年礦山采用大爆破崩落采空區頂板，對4#采空區進行了綜合治理，并通過專家組驗收。各采空區及治理情況如表1所示。

表1 礦區采空區情況

除1#、2#、3#、4#采空區外，周邊還留下了眾多空區。目前主要作業區域主要在已治理空區的下部15008采場，頂板暴露面積已經達到3290 m2，空區體積為46060 m3，隨著繼續開采，該采場頂板暴露面積將會繼續增加，12011采場頂板暴露面積為3420 m2，空區體積為54720 m3，并且該采場東北部與15008采場有部分重疊,且12011采場最高已采至141水平，頂板厚不足10 m，而18009空區在15008采場斜上方，空區的上下重疊交錯影響，加大了空區頂板發生冒落的危險性，需要加強該區域的地壓監測分析。主要采場的具體情況如表2所示。

表2 北山礦主要采場情況

依據礦山的每年原礦產量反推每年新產生的空區量是分析空區的一種方法。實驗確定礦石平均密度為4.53 t/m3,北山礦2010年至2013年3月底的采礦量和形成的空區量如表3所示。

表3 北山礦開采量和新形成空區量

從2010年至今，北山礦總計開采463118 t原礦，形成空區102233 m3，生產中有部分礦石被周圍礦山越界開采，故實際空區量要稍大于該統計量。

3 地壓活動分析與預報

為了有效監測礦山地壓活動，實現安全高效生產，廣西北山礦業發展有限公司前期建立了兩套12通道聲發射地壓監測系統，分別為監測280 m水平以上(包括280,295,310,340 m水平)的280地壓監測系統和監測280 m水平以下(包括190,180,150 m水平)的190地壓監測系統，目前兩套系統運行穩定。

2005年位于1#采區的1#、2#、3#空區發生了較大規模的冒落，采區東側已經冒落至地表。2006年采用大爆破方法，強制崩落頂板圍巖，對4#采空區進行治理。2008年4#采空區上部空區發生了大規模冒落，冒落至420 m水平，兩次冒落時間分布是2008年1月5日和1月20日，聲發射監測系統在兩次大規模冒落活動前均接收到信號，并且對第二次冒落做出了準確預報。

“1.05”井下頂板冒落事故發生后，通過對280系統參數進行部分調整后，監測系統開始正常運行。通過監測發現異常情況，于1月17日發出警報，礦山于1月18日將井下作業人員撤離，監測結果及分析依據如下：

(1) 2008年1月6日～1月15日，11號探頭附近聲發射活動開始較為頻繁，隨著時間推移，逐步穩定下來；

(2) 2008年1月15日～1月16日11：40，5～11號7個探頭的信號變化明顯，7號探頭的信號顯著增加，并出現較多大事件，尤其7號探頭與11號探頭變化明顯，7號探頭14～16日總事件數分別為8，57，268,其大事件數分別為3,8,25,11號探頭14～16日總事件數分別為15,32,233,其大事件數分別為9,12,126;

(3) 2008年1月16日11:40～11：48，多個通道同時接收到相似波形，推測為探頭周邊80 m范圍內巖體變形、并出現較大范圍的垮冒時發出的聲波;

(4) 2008年1月16日11：49到1月17日，7,10,11號3個通道持續保持較多的聲發射事件數，推測為探頭周邊80 m范圍內巖體出現較大的變形，局部垮冒時發出的聲波。

根據聲發射監測統計結果及發展變化特征，監測通道出現了部分大事件，7,10,11號探頭聲發射活動明顯且出現了大量的大事件，公司將井下整改作業人員全部撤離，2008年1月20日4#空區發生大面積頂板冒落，由于提前進行了預報，避免了傷亡事故，280 m水平聲發射監測系統發揮了重要作用。

通過兩次大冒落，使巖體中積聚的能量有效的釋放，近4 a來的監測數據和現場觀測表明，礦山原冒落區地壓活動平穩，冒落區處于穩定狀態。沒有發生大范圍的垮落事件，僅一些小的地壓活動。但地壓活動是一個能量聚集和釋放的過程，雖然過去幾年沒有發生大的地壓活動，但這中間正好積聚能量，有可能在未來的某一天突然釋放，造成大的危害，因此需要加大監測力度，不能麻痹大意。

4 地壓監測制度

結合北山礦現場實際情況，制定了監測分析和匯報制度，各部門需要按要求嚴格執行。

4.1 宏觀地壓分析與控制(預防)制度

(1) 生產技術部門每個季度對當前礦區空區總體分布、地壓活動監測情況進行分析和整理，并上報礦部，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，并且評價各區域地壓活動級別，按活躍情況分別劃分為相對穩定區、輕微活動區和頻繁活動區，逐級制定相應的監測和預防措施，必要時對空區采取充填等處理措施。

(2) 每年對礦山開采應力分布進行模擬計算，分析和預測礦區彈塑性區的空間分布和地壓活動形式，指導監測網絡設計和現場布點。

(3) 安全和技術部門每月定期檢查和督促各項地壓活動控制(預防)措施的落實。

4.2 匯報制度

(1) 地壓監測專職人員每個月對地壓活動區域的監測情況進行1～2次分析總結，并形成書面材料(簡報)上報有關領導、安全和生產組織部門。

(2) 地壓監測專職人員當班現場監測若發現以下地壓活動情況異常時，應立即向主管領導、安全部門和調度室匯報：巖音事件率平均達到5次/min，局部時段達到10次/min，周邊巷道存在明顯的新開裂或舊裂隙擴展；監測點空區面積達到3000 m2，空區頂板冒落速度平均達到2次/min，巖音事件率平均達到2次/min，局部時段達到8次/min；

(3)地壓監測專職人員當班室內監測若發現巖音事件率達到10次/10 min，連續3個測時均呈不斷上升趨勢，且前3 d全天平均事件率有明顯的上升趨勢，測點周邊無爆破作業，可確認為地壓活動異常，應立即向有關領導和部門匯報。

(4)井下各生產單位和工作人員在生產作業中發現片幫、巖爆頻繁和冒落增多等地壓活動異常時應立即向安環科匯報，安環科應在12 h內組織人員現場確認。

5 總 結

通過分析北山礦1#、2#、3#、4#采空區和近年來新產生的空區的穩定性情況，建立2套12通道聲發射監測系統，對礦區復雜環境下的地壓活動進行了有效監測，設定了危險報警指標和地壓監測制度，該系統在2008年有效預測了一次大范圍的垮落事件，提前撤出了該區域的作業人員和設備，從而避免了人員傷亡和重大財產損失，保證了礦山的安全生產。

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2013-10-24)

李有德(1970-)，男，采礦工程師，主要從事礦山科研和生產管理工作，Email:liaoxiaokang@126.com。