礦山地表塌陷區巖層移動監測監控

韋 峰，孟中華

(1.廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹市 547207；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

礦山地表塌陷區巖層移動監測監控

韋 峰1，孟中華2

(1.廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦, 廣西 南丹市 547207；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

為了有效監控和治理礦區地表塌陷，保護地表重要建筑物，針對銅坑礦三大礦體開采后形成的多層重復采動的復雜情況，根據巖體破壞程度，結合礦區數值模擬計算結果，圈定了礦區地表巖層移動破壞范圍，并按其破壞程度進行了多級梯次圈定。并依照這一結果設立了礦區范圍巖移觀測工程測量控制網，建立地表巖移綜合性監測監控系統，對礦區地表影響范圍內及其附近區域的公路及建筑物(構筑物)、豎井等實施有效監控和預警，保證礦山地表重要設施的生產安全。

巖層移動;巖移監控;工程測量;地壓監測;監測預警

1 概 況

銅坑礦是華錫集團主要的礦物原料生產基地，主要生產的三大礦體按上、中、下依次分布為：細脈帶礦體、91號富礦體和92號巨型礦體。其中細脈帶礦體、91號礦體開采已基本結束，受多年開采的影響和民采破壞，已形成復雜的空區結構，隨著下部92號礦體大規模的開采后，受采動影響的地表從原有標高向下沉陷，從而在采空區上方形成多個沉陷區域，空區危害及地壓安全隱患問題逐漸顯現嚴重，其發生形式主要包括地面塌陷、地面沉降和地裂縫3種類型，為了準確計算開采地下礦產資源引起地表與上覆巖層的巖體遭到破壞而產生的位移量，避免周邊區域居民生活、道路、設施等遭受破壞，確保人身、設備安全生產，該礦注重礦山地壓監控，加強相應的治理和防范措施，制定了地表塌陷區域巖層移動監控設計。

2 目標及方法

應用礦區地表塌陷區巖層移動、采空區覆巖破壞及相應的地壓監控技術，提出并實施保護礦山地表重要構建筑物、防止大面積采動引起地質災害等有效措施，為礦山生產創造安全的環境條件，為礦山安全持續發展提供技術保障。

通過對井下開采的影響分析，預計裂隙區影響范圍，在礦區范圍內關鍵部位布設巖層移動觀測網等方法，利用和完善礦山現有設備，對地表沉降和塌陷區及井下采動影響范圍進行監測。

3 監控網絡

3.1 監測方法與設備

經過礦山有關科研項目前期研究與方案討論結果，礦山決定采用托普康GPT-7501全站儀對監測網內各測點進行傾角、水平移動和地表沉降測量。主要是在井下采動過程中，定期、重復測定觀測線上各測點在不同時期內空間位置變化情況，并按照礦山井下各盤區開采情況適時采取連接測量、全面觀測、單獨進行測量，并對地表破壞的測定和編錄。

埋點觀測方式：在3個工作面走向和傾向主斷面觀察線的最大下沉值處各埋設3個測點，在各主斷面的觀測拐點埋設3個測點，在觀測線邊緣處埋設3個測點，這樣每條線埋設15個測點，埋點采用基巖澆灌打樁方式。

3.2 監測區域劃分及網絡布置

按銅坑礦地形位置和采區分布可分為3個監測區域。3個區域(從西向東)分別為：細脈帶及Ⅲ、Ⅴ盤區塌陷坑觀測區域，共計20個測點；1#、2#水壩西側及工業場區域，共計18測點；鋅多金屬礦體開采區域，共計7個測點。

4 模擬數值與實測數據統計及分析

采用三維數值計算軟件3D-σ模擬銅坑礦細脈帶礦體、91號礦體、92號礦體和開采后地表巖層移動情況，其中60 mm影響圈已經到達水塘以西山頂，這一帶地表開裂和滑動將會非常明顯，與地表實際情況相符；而18 mm影響圈在水塘西端(Ⅳ、Ⅵ盤區對應地表區域)，該區域將出現小范圍的裂隙發育情況，該區域測點數據見表1。

表1 Ⅳ、Ⅵ盤區對應地表區域測點測量數據

6mm下沉影響圈到達水塘東邊，靠近工業區及公路帶。根據三維數值模擬分析軟件計算2#豎井區域沉降等值約為1 mm。

由于該區域變形值比較小，不能直接觀測到地表開裂滑動等變形，根據現場測量數據統計(見表2)，說明開采區域巖層移動對我礦2#豎井影響并不是很明顯。

表2 水塘東面測點測量數據

銅坑礦區地表沉陷位移變化較大的區域主要在細脈帶及6#溜井周邊，該區域地表多處地裂隙擴展嚴重，巖體明顯向細脈帶塌陷區移動。據觀測，該處最大沉降量已達3000 mm(見圖1)。

圖1 地表6#溜井附近+1#～+4#測點沉降觀測曲線圖

從圖1可以看出，越靠近塌陷坑測點，位移沉降值變化越大。通過模擬與實際情況相比較，模擬結果與實際測量相符合，說明模型的建立和參數的選取都是正確的。

5 結 論

(1) 由45個觀測點組成的礦區地表巖移監測網，可滿足礦山當前對采空區覆巖破壞規律與地表巖層移動計算的分析研究。

(2) 當采空區范圍較小且開采深度較大時，其上覆巖體的移動對地表移動影響不大，當采空區范圍較大開采深度較小時，上覆巖體的移動便發生很大變化。

(3) 結合巖層理論計算和實測資料，判斷移動影響區域及發展趨勢，為待采盤區開采后對周邊工業區的破壞提供參考依據。

(4) 準確計算塌陷區巖層移動范圍，控制土地流失，實現礦區安全穩定，可為建立安全、綠色的新型礦山提供重要保障，為企業創造不可估量的經濟效益。

(5) 監控網絡在礦山今后的生產中需要進一步針對性地加強優化和維護，同時，在進行理論計算分析的基礎上，利用和完善現有的測量設備和分析軟件，對地表沉降和和塌陷區影響范圍進行監測研究，建立預警指標，提出并實施對地表塌陷區有效的保護和防范措施。

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2014-08-06)

韋 峰(1983-)，廣西南丹人，主要從事礦山巖石力學與井下地壓監測預報工作，Email:mzhofcimr@163.com。