刘家畈铁矿采空区地压监测及安全对策

摘 要：文章通过对刘家畈铁矿采空区地压现状的分析，采用岩体声发射监测、地面沉降监测、矿柱应力监测、采空区顶板位移监测等综合监测手段对其地压进行监测。对各测点的监测结果进行分析研究发现，有几处矿柱声发射现象较活跃，某些矿柱应力一直处于正压状态，进而提出了一些针对性的安全对策，对指导矿山安全生产，预防矿山安全事故的发生具有一定的实际意义。

关键词：矿山安全；采空区；地压监测；数据分析

中图分类号：td326 文献标识码：a 文章编号：1006-8937（2012）17-0056-03

经过多年的持续开采，刘家畈铁矿采矿活动形成空区约190万m3,未予充填或崩落处理，依靠预留矿柱支撑顶板。面临的主要地压隐患如下：其一，支撑矿柱失稳引发大范围顶板失稳的隐患。在原岩体中采掘形成一定空间，被开挖岩体原来所承受的载荷就要转移到它周围的矿柱上，使其应力增高。应力集中若超过承载能力，就要发生破裂、破坏。其二，采场顶板局部冒落隐患。现有空区暴露多年，受岩体风化及暴露面积增加等因素影响，稳定性会不断降低，采场局部冒落的可能性在增加。

因此，本文采用岩体声发射监测、矿柱应力监测、采空区顶板位移监测、地面沉降监测等手段对刘家畈铁矿采空区地压进行有效的监测、预测预报，进而有针对性地提出了采空区安全作业的有效对策。

1 采空区地压现状

ii号矿体位于矿区中部偏西，矿体产出标高在10m～－300 m之间；走向184°～278°；倾向274°～8°；倾角11°～45°。wWW.11665.cOm矿体最大厚度为47.46 m，一般在15～20 m之间，平均14.6 m。矿体在平面上呈一向南凸出的似菱角形，在垂直剖面上则为似层状。在－150 m标高以上，矿体长度为200～250 m；在－150 m以下为900 m，倾斜最大延深550 m。从±0～-299 m，总空区倾斜方向水平投影最宽约450 m，主体空区走向方向长度350 m。

回采时一些区段未留矿柱，采空区连成一片，暴露面积过大。长期来看存在顶板大面积冒落隐患。由于后期水平底柱的回采，许多采空区上下相互连通，空区高度很大。空区过高，无法观察上部情况，下部出矿作业人员面临局部冒落、滚石等安全隐患。

ⅲ矿体采空区埋深-150～-264 m。空区范围，走向长300 m,倾向宽140 m。在-200～-264 m标高与ⅱ矿体空区相连通。ⅲ矿体-200 m以上，矿体形态复杂，采矿过程中保留矿柱很少，形成多处连续空区。在-188 m水平6～8线中部空区中顶板冒落多处，6线下盘巷道拱肩部出现开裂，出现局部的地压显现现象。-200 m以上区域安全条件较差。

2 地压监测方案

采空区地压监测方案包括：岩体声发射监测方案、地面沉降监测方案、矿柱应力监测方案、采空区顶板位移监测方案。采用yssc岩体声发射监测仪进行岩体声发射监测，采用zlgh-20振弦式钻孔应力计及gsj-2a智能检测仪进行矿柱应力监测，采用sokkia set530r全站仪进行地表沉降观测以及采空区顶板位移监测。

2.1 岩体声发射监测方案

对于地下矿山开采过程中冒顶、片帮问题，采用微震监测系统和声发射监测系统进行监测是国际上常用的监测方法，这是目前国外广泛应用的金属矿山安全监测的基本手段。结合项目情况决定采用流动的间断性监测方案。采用dyf-2型便携式声发射仪对某些重点部位不定期实施监测，根据声发射参量的变化，判断岩体破坏趋势，评价采空区顶板岩体的稳定性，预报危险破坏的来临。

2.2 地面沉降监测方案

地表沉降观测可以定量地了解地面的升降。本矿目前已具备sokkia set530r全站仪，并具有配套的操作操作人员，因此本方案采用该仪器进行地表沉降观测。在采空区对应地面的潜在崩落区地表按80 m×80 m网度建立地表观测网，布置觇标，使用全站仪定期进行地面移动测量，分析地面变形动态，预测可能的地面塌陷。

2.3 矿柱应力监测方案

岩体应力变化情况监测采用振弦式钻孔应力计。通过应力监测获得矿柱及围岩应力变化量、变化速度、应力分布情况，以及应力集中和应力变化最大的部位，为分析矿柱及围岩的可能破坏部位和破坏范围提供依据。以检测的应力值趋近破坏极限和应力变化速度突然加快作为危险可能发生的判据。

2.4 采空区顶板位移监测方案

顶板位移监测可采用方案有：多点位移计测试；收敛计监测；免棱镜全钻仪监测。综合考虑监测成本、安装条件等因素，免棱

全站仪比较符合顶板位移监测要求。

3 地压监测数据分析

3.1 岩体声发射监测数据分析

刘家畈铁矿建国副井设有7个监测点，建民副井和建*井分别设有9个监测点，建政副井设有5个监测点。

对以上各测点进行监测，建民副井-243m水平24线5柱的声发射监测数据如图1所示。图中表示矿柱声发射的能率、总事件、大事件的数量及变化趋势。

数据分析如下：

①某些矿柱的声发射现象较活跃。如：建政副井：-154 m水平3线11柱2；建民副井：-264 m水平24线6柱；-243 m水平24线5柱；-250 m水平24线7柱；；-250 m水平24线8柱；-261 m水平0-2线1柱；建*井：-175 m水平6线7柱2；-150 m水平6～9线7柱。其中，有些矿柱的声发射水平一直较高（结合前三年监测数据），如：建政副井：-154 m水平3线11柱2；建民副井：-243 m水平24线5柱。这些地方矿柱出现可见裂缝。但前三年监测数据表明，声发射水平未出现随时间逐步增高的情况。后续监测工作中应严加防范，不得有丝毫懈怠。

②由于刘家畈矿区采空区大，矿柱承载应力水平较高，矿柱本身坚硬致密，信号衰减较少，因此，所监测到的岩体声发射5 min累计值和特征值总体较大。正常水平（未受采动、水文、地质条件扰动）声发射特征值一般为：大事件0～2个，总事件0～10个，能率0～800。该水平特征值仍在岩石发生破坏极限值内。

部分矿柱的声发射水平较高系受附近采矿(爆破)的影响，如：建*井-251 m水平2线1柱（能率>900，总事件为753），经与现场人员勾通，以后的监测数据已回归合理范围。

3.2 地面沉降监测数据及分析

在水泥台测站观测了1#、2#、3#、4#观测点。

对各观测点的高度h绘制了趋势折线图，水泥台1#观测点高度数据图如图2所示。

根据各观测点高度h的趋势折线图，除了个别测点因故被破坏而重新恢复导致数据变化较大以外，本期地表观测点高度无明显变化（在测量误差范围）。

3.3 矿柱应力监测数据及分析

共建成矿柱应力监测孔10个。对各测点进行监测，06#孔应力数据图见图3。

从各测点应力数据图可知，除6#孔应力一直处于正压状态外，其余测点的应力处于零压状态，说明矿柱整体没有地压显现。06#孔（-243 m 24线4#柱应）应力一直处于正压状态，应加强监测并严密监控。

3.4 采空区顶板位移监测数据

及分析

对建民副井-243 m顶板沉降观测点1#、2#、3#、4#；建*井-205 m顶板沉降观测点1#、2#、3#；建政副井-154 m顶板沉降观测点1#、2#、3#进行了沉降观测。

对各观测点的高度h绘制了趋势折线图，其中建*井-205 m顶板观测点的高度折线图见图4。

从各观测点高度折线图可知，建民副井-243 m顶板沉降4#观测点、建政副井-154 m顶板沉降2#观测点高度数据变化较大，系观测点变动所致。其余顶板沉降观测点高度数据无明显变化（在测量误差范围）。说明所测采场顶板目前基本稳定。

4 安全对策

根据上述监测分析结果，提出如下安全对策：

①矿方应对矿山地压活动情况给予高度重视，应严格按照开采设计进行开采。每个井口同时开采的工作面控制在2个以下，以减少采掘生产对采空区的影响，不得擅自随意增加采掘工作面，不得进行超能力开采。每个井口单班作业人员总人数控制在9人以下。

②对建民副井-243 m矿柱等已经出现矿柱开裂的危险处和应力异常之处，应停止作业，并应尽快实施在线监测。

③对矿山地压运用综合监测手段，对矿柱应力、采空区顶板位移、地面沉降、岩体声发射实施全方位的监测。对岩体声发射水平较高区域，以及有些出现可见裂缝且前三年声发射水平一直较高的矿柱（如：建民副井-243 m水平24线5柱）及附近区域应综合运用各种监测手段，加大监测频度。

④人工监测时间应在生产之前，监测人员还应对监测点周边环境（如：矿柱裂纹）情况进行观察并记录。

⑤引进采矿、安全等相关专业技术和管理人才。加强对井下作业人员的安全培训和管理；加强监测人员操作技能培训，特别是加强监测人员的安全意识及识别事故征兆能力的培训。

⑥完善井下安全设施，定期进行应急救援演练。

5 结 语

本文针对刘家畈铁矿采空区存在顶板冒落、矿柱开裂、底板下沉等地压现象，采用岩体声发射监测、地面沉降监测

、矿柱应力监测、采空区顶板位移监测等综合监测手段对刘家畈铁矿采空区地压进行有效的监测、预测预报。对各测点的监测结果进行分析研究发现，建*井-261m水平0～2线1柱与建民副井-243 m水平24线5柱的声发射现象较活跃，6#孔（-243 m 24线4#柱）矿柱应力一直处于正压状态。对以上已经出现矿柱开裂的危险处和应力异常之处，应停止作业，并应加强监测和监控，且应尽快实施在线监测。此外，企业应落实安全生产工作相关政策，对井下工作人员应加强安全知识培训，完善井下安全设施，定期进行应急救援演练，确保井下生产安全。

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