北山礦的地壓監(jiān)測與分析

李有德

(廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責任公司， 廣西 環(huán)江縣 547100)

北山礦的地壓監(jiān)測與分析

李有德

(廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限責任公司， 廣西 環(huán)江縣 547100)

分析了北山礦采空區(qū)穩(wěn)定性情況，對近年來該礦區(qū)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(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，并且成功預報了一次大規(guī)模的巖層垮落事件。設定了北山礦地壓監(jiān)測制度和預警指標，為礦山安全生產提供技術保障。

地壓監(jiān)測；采空區(qū)穩(wěn)定性；監(jiān)聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)；預警指標

1 概 況

北山礦位于廣西壯族自治區(qū)河池市環(huán)江縣境內，礦區(qū)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(yè)發(fā)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(huán)江新發(fā)兩礦業(yè)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(guī)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(qū)穩(wěn)定性分析

由于1995年至2001 年上半年礦業(yè)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(qū)，空區(qū)體積達316.86萬m3。原已建成的井下開拓運輸、通風系統(tǒng)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(qū)頂板，對4#采空區(qū)進行了綜合治理，并通過專家組驗收。各采空區(qū)及治理情況如表1所示。

表1 礦區(qū)采空區(qū)情況

除1#、2#、3#、4#采空區(qū)外，周邊還留下了眾多空區(qū)。目前主要作業(yè)區(qū)域主要在已治理空區(qū)的下部15008采場，頂板暴露面積已經達到3290 m2，空區(qū)體積為46060 m3，隨著繼續(xù)開采，該采場頂板暴露面積將會繼續(xù)增加，12011采場頂板暴露面積為3420 m2，空區(qū)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(qū)在15008采場斜上方，空區(qū)的上下重疊交錯影響，加大了空區(qū)頂板發(fā)生冒落的危險性，需要加強該區(qū)域的地壓監(jiān)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(jù)礦山的每年原礦產量反推每年新產生的空區(qū)量是分析空區(qū)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(qū)量如表3所示。

表3 北山礦開采量和新形成空區(qū)量

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

3 地壓活動分析與預報

為了有效監(jiān)測礦山地壓活動，實現(xiàn)安全高效生產，廣西北山礦業(yè)發(fā)展有限公司前期建立了兩套12通道聲發(fā)射地壓監(jiān)測系統(tǒng)，分別為監(jiān)測280 m水平以上(包括280,295,310,340 m水平)的280地壓監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測280 m水平以下(包括190,180,150 m水平)的190地壓監(jiān)測系統(tǒng)，目前兩套系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

2005年位于1#采區(qū)的1#、2#、3#空區(qū)發(fā)生了較大規(guī)模的冒落，采區(qū)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(qū)進行治理。2008年4#采空區(qū)上部空區(qū)發(fā)生了大規(guī)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(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)在兩次大規(guī)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(fā)生后，通過對280系統(tǒng)參數(shù)進行部分調整后，監(jiān)測系統(tǒng)開始正常運行。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常情況，于1月17日發(fā)出警報，礦山于1月18日將井下作業(yè)人員撤離，監(jiān)測結果及分析依據(jù)如下：

(1) 2008年1月6日～1月15日，11號探頭附近聲發(fā)射活動開始較為頻繁，隨著時間推移，逐步穩(wěn)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(xiàn)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(shù)分別為8，57，268,其大事件數(shù)分別為3,8,25,11號探頭14～16日總事件數(shù)分別為15,32,233,其大事件數(shù)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(xiàn)較大范圍的垮冒時發(fā)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(xù)保持較多的聲發(fā)射事件數(shù)，推測為探頭周邊80 m范圍內巖體出現(xiàn)較大的變形，局部垮冒時發(fā)出的聲波。

根據(jù)聲發(fā)射監(jiān)測統(tǒng)計結果及發(fā)展變化特征，監(jiān)測通道出現(xiàn)了部分大事件，7,10,11號探頭聲發(fā)射活動明顯且出現(xiàn)了大量的大事件，公司將井下整改作業(yè)人員全部撤離，2008年1月20日4#空區(qū)發(fā)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(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)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(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀測表明，礦山原冒落區(qū)地壓活動平穩(wěn)，冒落區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)。沒有發(fā)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(fā)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(jiān)測力度，不能麻痹大意。

4 地壓監(jiān)測制度

結合北山礦現(xiàn)場實際情況，制定了監(jiān)測分析和匯報制度，各部門需要按要求嚴格執(zhí)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(qū)空區(qū)總體分布、地壓活動監(jiān)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(qū)域地壓活動級別，按活躍情況分別劃分為相對穩(wěn)定區(qū)、輕微活動區(qū)和頻繁活動區(qū)，逐級制定相應的監(jiān)測和預防措施，必要時對空區(qū)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(qū)彈塑性區(qū)的空間分布和地壓活動形式，指導監(jiān)測網(wǎng)絡設計和現(xiàn)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(jiān)測專職人員每個月對地壓活動區(qū)域的監(jiān)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(jiān)測專職人員當班現(xiàn)場監(jiān)測若發(fā)現(xiàn)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(jiān)測點空區(qū)面積達到3000 m2，空區(qū)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(jiān)測專職人員當班室內監(jiān)測若發(fā)現(xiàn)巖音事件率達到10次/10 min，連續(xù)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(yè)，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(yè)中發(fā)現(xiàn)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(huán)科匯報，安環(huán)科應在12 h內組織人員現(xiàn)場確認。

5 總 結

通過分析北山礦1#、2#、3#、4#采空區(qū)和近年來新產生的空區(qū)的穩(wěn)定性情況，建立2套12通道聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，對礦區(qū)復雜環(huán)境下的地壓活動進行了有效監(jiān)測，設定了危險報警指標和地壓監(jiān)測制度，該系統(tǒng)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(qū)域的作業(yè)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。