南溫河鎢礦采空區穩定性地壓監測方案

程祝祥，尹彥波

(1.文山麻栗坡紫金鎢業集團公司， 云南 文山州 663600； 2.中南大學 資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083； 3.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

?

南溫河鎢礦采空區穩定性地壓監測方案

程祝祥1，尹彥波2,3

(1.文山麻栗坡紫金鎢業集團公司， 云南 文山州 663600； 2.中南大學 資源與安全工程學院，湖南 長沙 410083； 3.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

詳細論述了南溫河礦區采空區現狀及其地壓顯現特征，研究并提出了建立該礦地壓監測系統的必要性，選擇了適合南溫河鎢礦的地壓監測方法及地壓監測設備，對該礦區進行了地壓監測網的設計，建立起了全天候的實時地壓監測網絡系統，可實現對南溫河礦區地壓災害進行安全監控。

采空區；地壓活動；地壓監測；安全監控

0 引 言

云南文山南溫河鎢礦是文山麻栗坡紫金鎢業集團有限公司的重點礦山企業之一，分成了南秧田、茅坪等開采礦段，目前主要是回采南秧田東和西部的礦體。南溫河鎢礦礦區巖石節理、裂隙均不發育，穩固性良好，礦區的工程地質和水文地質條件較為簡單。

目前，南溫河鎢礦井下開采存在以下問題：井下老采空區較多，隨著開采的不斷進行，井下采空區暴露面積越來越大，安全隱患較大，部分礦柱都已經發生破裂；井下開采留下的采空區未及時封閉；礦山井下經過多年的民采、盜采，加上礦柱留設不規則，回采順序比較混亂，很不利于礦山管理和安全生產；南溫河鎢礦地下開采從未建立過地壓監測系統；南溫河鎢礦所留礦柱的幾何尺寸參數都是憑借經驗選取，未經過礦柱的穩定性安全論證[1]。

目前，南溫河鎢礦開采面臨著一系列的地壓控制問題，且迫切需要解決地壓災害難題。因此，考慮在南溫河鎢礦建立適合該礦特點的地壓監測網，建立長期、有效的地壓監測管理制度，通過實時地壓監測，實現對南溫河鎢礦的地壓監測預警，以指導礦山安全生產。

1 南溫河鎢礦采礦區現狀及地壓活動現象

南溫河鎢礦礦體為緩傾斜薄礦體，采用房柱法開采。采區內每80 m×80 m劃分一個采場，采場內按8～12 m跨度留設4 m×4 m或Φ4 m的礦柱。從現場情況來看，該采場參數基本可滿足頂板穩定性要求。但該礦段2-6勘探線之間部分礦柱有片幫、開裂等地壓顯現現象，這一情況說明：在此區域地壓作用明顯，這會影響到今后采區的安全開采[1]。

目前井下已形成的采空區面積達77×104m2，采空區的體積約200×104m3，且今后礦山開采將以約30×104m3/a的速度增加。

因南溫河鎢礦采空區體積較大，將不可避免地涉及采空區的安全穩定性及頂板控制難題。為消除或減少采空區對礦山安全開采的危害，有必要對南溫河鎢礦井下存在的采空區進行詳細地調查，并對南溫河鎢礦采空區的穩定性與安全開采技術條件進行論證及分析研究，確定已有采空區礦柱的穩定性狀況，從而為劃定采空區的危險程度范圍，為礦山采空區處理及采空區的地壓監測提供依據，最終為礦山安全、有序地生產提供技術支撐。

2 南溫河鎢礦地壓監測重點區域

前期通過對南溫河鎢礦的開采現狀、地壓顯現特征等進行詳細的調查，以及對南溫河鎢礦礦巖體室內試驗和采空區留存礦柱穩定性計算分析等研究，對每個留存礦柱的安全系數進行核實計算。根據計算結果，初步確定該礦山地壓活動危險區域，綜合考慮礦山開采實際情況后，確定了南溫河鎢礦的地壓監測區域。其中，地壓監測重點區域為：7號沿脈4線東、4線主運輸巷東、1-5線10號沿脈南北、3線8號沿脈北；一般監測區域為：2線8號沿脈南北和老鎢業采空區。地壓監測點布置在上述區域的采場或采空區范圍內的點柱中以及采空區頂底板之間[1]。

3 采空區穩定性監測方案設計

3.1 南溫河鎢礦地壓監測方法及方案選擇

硬巖金屬礦山中的地壓監測普遍采用多通道聲發射/微震監測(AE/MS)、應力監測和位移監測等方法，南溫河鎢礦巖石強度超過90 MPa，巖體強度高，屬硬巖礦山。針對該礦區的實際情況，擬采用聲發射監測為主，結合應力監測和位移監測等監測手段，建立起全方位、多層次的地壓監測網絡，采用光纖從地下監控硐室連接到地表監測辦公室，建立地表聯網的地壓監測實時網絡系統，實現南溫河鎢礦井下各種地壓監測數據與地面監控室數據同步[2-4]。

通過了解多通道聲發射監測、微震監測、單通道聲發射監測以及應力監測和位移監測系統的基本原理及其應用情況，確定南溫河鎢礦的地壓監測方案從以下3種監測方案中進行選擇。

(1) 方案1：微震監測+應力監測+位移監測系統。

(2) 方案2：多通道聲發射監測+應力監測+位移監測系統。

(3) 方案3：多通道聲發射監測+單通道聲發射監測+應力監測系統+位移監測系統。

方案1的優點是：微震監測系統的信息化、集成化和智能化程度較高，系統的操作界面美觀；微震監測系統的缺點是價格高，維護保養費用高，且系統及軟件為全英文，使得技術人員入門的門檻高，操作不便等；方案2的優點是：比較方案1，多通道聲發射系統的價格便宜，該系統安裝后的服務更為方便，且該系統在監測的基本功能上也能達到地壓監測所需的要求，缺點是多通道聲發射系統的操作界面美觀程度不如方案1的微震監測系統的操作界面；方案3的優點是：對比方案1，多通道聲發射系統價格便宜，服務更為方便，也能達到地壓監測所需要的要求，包括單通道聲發射監測系統，因此，具有地壓監測的覆蓋面廣特點，單通道和多通道相互補充，完善了南溫河礦區地壓監測網，缺點是多通道聲發射監測系統操作界面美觀程度不如方案1的微震監測系統操作界面。

通過對上述3套地壓監測方案的可靠性和經濟技術等指標進行詳細比較和分析，考慮選取目前國產化應用成熟的技術設備，包括：聲發射監測系統(單通道聲發射監測、多通道聲發射監測)、巖體應力監測系統、巖體位移監測系統等綜合的地壓監測手段，為礦山建立起完善的地壓監測網絡系統。因此，最終確定南溫河鎢礦的地壓監測方案為上述方案中的方案3[1]，即多通道聲發射監測系統+單通道聲發射監測系統+應力監測系統+位移監測系統。

3.2 南溫河鎢礦地壓監測設備選型

根據儀器在礦山實際中的使用情況和應用效果等，經綜合比較，確定采用以下型號的地壓監測儀器設備[4]：

(1) 長沙礦山研究院有限責任公司生產的DYF-2型單通道聲發射儀；

(2) 長沙礦山研究院有限責任公司生產的STL-12型多通道聲發射定位系統，或長沙吉華礦業技術有限公司生產的AEM巖體聲發射監測定位系統；

(3) 山東科大洛賽爾傳感器有線責任公司生產的ZLGH-20型鉆孔應力計及檢測儀器；

(4) 山東科大洛賽爾傳感器有線責任公司生產的WYGH-Ⅱ型位移監測儀。

3.3 南溫河鎢礦地壓監測點設計

3.3.1 多通道聲發射監測點設計

南溫河鎢礦多通道聲發射監測點布置在7號沿脈4線東、4線主運輸巷東、1-5線10號沿脈南北、3線8號沿脈北的采場和采空區的點柱中，B區雖準備封閉，為了準確了解封閉區內礦柱及圍巖體的變化狀況[3]，特在此區域布置了3個多通道監測點。

3.3.2 單通道聲發射監測點設計

南溫河鎢礦單通道聲發射監測點設計在采場和采空區點柱中，結合多通道聲發射監測點、應力監測點共同監測南溫河礦區圍巖、礦柱的穩定性。在地壓活動區域的點柱中布置單通道聲發射監測點，可根據現場實際情況，按照設計原則適當增加單通道聲發射監測點數目。

3.3.3 應力監測點設計

南溫河鎢礦應力監測點主要設計在7號沿脈4線東、4線主運輸巷東、1-5線10號沿脈南北、3線8號沿脈北；一般監測區域為：2線8號沿脈南北和老鎢業采空區的采場或采空區點柱中，主要是監測回采過程中應力轉移情況，即應力轉移距離，監測點柱中承受壓力變化大小，同時與其它監測方法一起共同監測南溫河鎢礦采空區周邊礦巖體的受力狀態，實時監測并分析其穩定性。

4 結 語

本文總結了南溫河鎢礦礦區采空區的基本特點，分析了該礦的地壓顯現特征及其地壓活動規律，研究并提出了適合南溫河鎢礦特點的地壓監測方法，并確定了該礦的地壓監測重點區域和一般區域。從監測儀器價格、使用功能和售后服務等方面綜合考慮并詳細比對，優選了適合南溫河鎢礦的地壓監測系統，即：多通道聲發射監測系統+單通道聲發射監測系統+巖體應力監測系統+位移監測系統系統，并對南溫河鎢礦礦區的地壓監測點進行了優化設計，設計了南溫河鎢礦地壓監測網。地壓監測網的建立對南溫河鎢礦可實現全天候的地壓實時監測，從而可有效地指導礦山的安全生產。

[1]長沙礦山研究院有限責任公司.南溫河鎢礦采空區地壓監控預警技術研究[R].長沙:長沙礦山研究院有限責任公司,2014.

[2]陶雪芬,李愛兵,章 光,等.西北某礦采空區穩定性監測方案設計[J].現代礦業.2010(1)：80-82.

[3]劉國清.基于聲發射的巖體工程災害微震監測系統[J].采礦技術,2005,5(1)：30-31.

[4]尹彥波.巖石失穩與地壓災害的非線性動力學分析研究[D].長沙:長沙礦山研究院有限責任公司,2006.(收稿日期：2015-11-23)

程祝祥(1971-)，男，安徽懷寧縣人，采礦工程師，主要從事采礦方法及工藝研究，Email:yueguang1495@sina.com。