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礦井回采地壓監測實踐

文檔作者：柴延森徐濤文檔來源：安徽大昌礦業集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年03月17日
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16
礦 業 工 程
M ining Engineering
第1O卷第4期
2012年8月
礦井回采地壓監測實踐
柴延森徐濤
(安徽大昌礦業集團有限公司，安徽霍邱237400)
摘要：隨著礦山開采，逐漸形成大量采空區，開采沉陷問題越來越突出。本文通過智能化井下礦體回
采地壓災害監測系統，對采空區的巖石應力、位移以及巷道收斂進行監測和數據處理，從而實現對采空區
垮冒事故的預測預警，降低開采沉陷損害。
關鍵詞：智能化；礦井回采；災害；監測預警
中圖分類號：TD 823．9 文獻標識碼：B 文章編號：1671—8550 (2012)O4—0016-02
0 引言
地下礦產資源開采后，破壞了巖體內部原有的力學平
衡狀態，使圍巖產生移動變形，最終導致地表沉陷，其過
程是連續的非均勻的傳遞過程，必將對地表的自然景觀和
人工環境產生一系列影響， 改變了原有地貌，破壞了自然
水系，對高潛水位地區會引起生態變化，地面原有建、構
筑物受到不同程度的損害甚至嚴重破壞口 ]。
開采沉陷是一個復雜的空間過程，主要影響因素有采
深、采高、上覆巖性和工作面尺寸。地表下沉隨著開采尺
寸的增大而增加，當尺寸達到臨界時，下沉將達到最大值。
為減小開采沉陷損害，金屬礦山中多采用尾礦加凝固劑對
采空區進行充填， 因此，充填體的穩定對控制地表下沉有
極大影響_3 ]。
為了實現安全生產，需研究適合于井下采空區的地壓
監測技術手段，建立完善的地壓監測系統，進行現場監測
及地壓活動規律研究。常規監測方法無法實現實時檢測和
數據自動處理，極大降低了監測數據的準確性和實時性。
隨著計算機應用和傳感器技術的飛速發展，通過對回采過
程進行監測，使得建立智能化井下礦體回采地壓災害監測
系統成為可能，可實現資源的安全、高效、經濟回采 智
能化井下礦體回采地壓災害監測系統，對礦山企業發展具
有十分重要的意義，同時為其它類似礦山提供參考作用。
l 監測系統組成
智能化井下礦體回采地壓災害監測系統包括布置在硐
室內的控制計算機、聲發射檢測儀、收斂計、振弦式鉆孔
應力計和在采空區周邊巷道鉆孔內安裝的聲發射探頭、測
樁、振弦傳感器，聲發射探頭、測樁、振弦傳感器分別與
收稿日期：2012—02—13
作者簡介：柴延森(1965一)，男(漢族)，安徽霍邱人，安徽大昌
礦業集團有限公司支持采礦工程師，總經理， 主要從事采礦工作。
聲發射檢測儀、收斂計和振弦式鉆孑L應力計連接，通過計
算機與地面監控站聯系，分別構成聲發射監測、應力監測
和位移監測網絡。
計
圖1 智能化井下礦體回采地壓災害監測系統結構
2 監測儀器
— — 聲發射儀。巖石在受力變形過程中， 以彈性潑形
式釋放應變能的現象稱為聲發射。該技術是研究巖石力學
性質的一種方法，通過對巖石聲發射信號的分析和研究，
推斷巖石內部的形態變化， 反演巖石破壞過程， 分析巖石
破壞機理。
聲發射是巖體受力變形過程中發生的一種聲學現象，
聲發射監測方法一般分為兩類：1)流動的間斷性監測。采
用便攜式聲發射監測儀對測點不定期監測， 根據參數的變
化，判斷巖體破壞趨勢，評價巖體結構的穩定性，預測危
險破壞的來臨，為安全生產提供可靠的信息；2)連續監
測。采用多通道聲發射監測系統對某一區域實施連續監測，
利用聲發射參數評價圍巖狀態，及時掌握地壓發展的動態
規律。該監測系統采用連續監測方法，通過在采空區安裝
聲發射探頭，通過監測儀與計算機相連， 構成監測系統。
由于在巖體發生破壞之前，聲發射信號已發生變化， 通過
對參數的分析，預測巖體內部早期的破壞狀況和發展趨勢，
結合應力和位移監測，可有效監測地壓活動的動態。
— — 鉆孔應力計。這是一種測試圍巖內部應力的儀器，
通過對應力計二次儀表讀數的統計分析，可以判斷圍巖的
2012年第4期 柴延森等 礦井回采地壓監測實踐 17
狀況。
— — 收斂儀。收斂儀是位移監測儀，使用收斂計可測
量巷道兩幫相對位移，通過位移變化可判別圍巖的穩定性，
是一種簡單有效、應用較為普通的監測手段。
— — 多點位移計。當圍巖產生變形破壞時， 巖體的破
裂是由巷道表面向巖體深部逐漸發展，破裂程度由巷道表
面向巖體深部逐漸減小，因此在鉆孑L不同深度安裝測點，
各點位移均可在基準端進行量測，通過各測點位移值判別
位移變形破壞情況。
3 監測技術
— — 技術路線。現場調查一地壓監測網建立一實時監
測一數據分析一預測預報。
— — 技術方案。智能化井下礦體回采地壓災害監測系
統在采空區內布置監測硐室，硐室內設置控制計算機、聲
發射檢測儀、收斂計和振弦式鉆孔應力計；在采空區周邊
巷道壁上間隔一定距離布置鉆孔，孔深5～8 m，孔內安裝
聲發射探頭、測樁和振弦傳感器，鉆孔用水泥或錨固劑充
實。
一一監測內容：1)在回采過程中，通過鉆孔應力計、
收斂計和多點位移計對工作面端頭和下盤圍巖應力、位移
計巷道變形進行監測；2)在開采過程中，通過鉆孔應力計
監測鑿巖水平巖體壓力，分析起變化規律；3)通過聲發射
監測儀對采空區周圍巖體進行監測，分析參數變化規律。
4 工業性試驗
通過對智能化井下礦體回采地壓災害監測系統數據的
收集，獲得以下具有代表性監測數據。
圖2 單個傳感器接收到的巖石聲發射波形
由圖2可知，當波形增多時，意味著該傳感器局部地
區冒頂、垮落的概率較大，此時，應加強頂板監測和管理。
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——————————- _^— ¨
L — —— ～ W
一 、一
圖3 多個傳感器接收到的巖石聲發射的波形
由圖3可知， 當多個傳感器接收到的巖石聲發射的波
形增多時，意味著該系統監測區域冒頂、垮落的概率較大，
此時，應加強監控、監測， 同時采取有效措施，預防大面
積冒頂。
匡鏖==蘭==三==二=竺■一■■_
圖4 井下鉆機打鉆時的聲音波形
由圖4可知，監測到的波形無規律性。
圖5 較遠地方放炮、礦震或地震時的聲音波形
5 結語
圖6 井下有低頻干擾時的聲音波形
智能化井下礦體回采地壓災害監測系統通過在采空區
安裝聲發射探頭、測樁、振弦傳感器， 與聲發射檢測儀、
收斂計和振弦式鉆孔應力計連接，通過計算機與地面監控
站聯系，分別構成聲發射監測、應力監測和位移監測網絡，
從而實現對采空區圍巖應力、變形破壞進行實時監測，預
測巖體內部早期的破壞狀況和發展趨勢，結合應力和位移
監測，可有效監測地壓活動的動態，實現資源的安全、高
效、經濟回采。
參考文獻：
[1] 何國清．礦山開采沉陷學[M]．徐州：中國礦業大學出版
社，1991．
E2] 范洪冬，張宏貞，鄧喀中．老采空區殘余沉降預測參數研究
[J]．2009(1)：30~32．
[3] 張連貴．兗州礦區厚沖積層條件下地表移動觀測與采動充分
性探討[J]． 《金屬礦山》，2010 (1)：155～158．
[4] 范洪冬，鄧喀中，譚志祥等．開采沉陷動態參數預計的三次
指數平滑法[J]．《河南理工大學學報》，2006(3)．
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礦 業 工 程
M ining Engineering
第l0卷第4期
2012年8月
全面垂直孔回采切割槽工藝分析研究
杜遠云唐安順
(玉溪礦業有限公司大紅山銅礦，云南新平653405)
摘要：切割槽施工是井采礦山采礦環節中最重要的組成部分，也是各礦山生產中研究的重要課題，結
合生產實際并通過認真分析，提出了全面垂直孔側向擠壓崩落法，用于切割槽回采工藝流程，相對現有采
用的工藝流程，更具有科學性、經濟性、安全性。
關鍵詞：切割槽；全面垂直孑L；斜上山聯道
中圖分類號：TD 802 文獻標識碼：A 文章編號：1671—8550(2012)04—0018—03
0 引言
切割槽是有色金屬礦山礦房回采前的最后一道工序，
是在礦房端部位置通過切割井、聯絡井， 以回采邊界為限
用適當方法采出礦房大爆破前的自由補償空間_1]。
受礦體賦存情況、地質條件的不同，各礦山回采切割
槽的方法各異，大紅山銅礦切割槽回采也采用了多種方式，
隨著生產安全的需要，一些新工藝急需優化改進。大紅山
銅礦屬于緩傾斜礦體，礦體走向長1 000～ 1 800 m、傾向
長30O～600 m、厚6～25 m，礦體走向EW～N60。W ，傾
向St$60。W，地質構造主要由4個斷裂帶組成，圍巖中等
穩定、巖石硬度，一8～10。通過多年的采礦方法實踐，分
段空場采礦法在大紅山銅礦已日漸成熟。隨著銅鐵礦體、
鐵銅礦體聯合開采的建設并投入生產，高分段回采工藝逐
步普及并得到較好的利用，但切割槽回采工藝受到礦體構
造、圍巖穩定及前期工藝的影響，仍然大量采用切割天井、
聯絡井的方式， 通過人工淺孔留礦的方式進行拉槽回采，
其生產組織進度、安全風險控制與高分段空場無軌出礦的
收稿日期：2012—02—29
作者簡介：杜遠云(1976～)，男(漢族)，云南昭通人，云銅集團
玉溪礦業公司大紅山銅礦工區區長，從事礦山工程技術及安全生產
管理工作，礦山井建工程師。注冊安全工程師，二級建造師。
規模采礦已不相適應。投產1O多年來，切割槽回采工藝一
直是大紅山銅礦研究與探索的主要課題，包括切割井的一
次成井爆破、切割槽平行扇形孔爆破試驗均未取得良好效
果，隨著深部開采的進入及上部圍巖應力變化的復雜性，
探索有利于切割槽回采的方法至關重要。
1 主要采用的切割槽回采工藝及不足
1．1 底部電耙出礦人工淺孔留礦法
主要通過設置人行井、分層聯絡井，在礦房底部設置
電耙出礦巷道， 由下至上進行人工淺孔鑿巖多循環留礦的
方法，直至回采到頂部邊界再一次性出完切割槽內礦石，
最終形成礦房爆破前的自由補償空間。該方法在大紅山銅
礦有軌開采中段中應用比較成熟， 主要適用于多分層、機
械化程度低的一期采礦工藝。
1．2 底部無軌出礦人工淺孔留礦法
該方法主要沿用上述回采工藝，仍然通過人工淺孔鑿
巖方式，不同點是底部不再采用電耙出礦， 而是采用無軌
設備出礦， 由于分段較高，人行井及聯絡井的布置相對復
雜，但是施工時間占用了整個礦房建設周期近1／3的時間，
在一定程度上制約了無軌開采的規模化生產(回采位置見
圖2虛線位置)。
1．3 底部人工淺孔留礦上部垂直下向孔側向擠壓崩落法
該方法是結合高分段回采工藝而探索出來的一種新方
法，主要用于回采厚度在50 m以上的鐵銅礦體。即在切割
Geopressure measuring during underground mining
CHAI Yan-sen． XU Tao
(Anhui Dachang M ining Group Corporation， Huoqiu 237400， China)
Abstract： Along with progressing of underground mining， a lot of goafs are generated that cause serious disaster of
subsidence． An intelligent geopressure monitoring system is used to collect data about rock stress，rock displacement and
’tunnel convergence state；and treat these data． So， the alarm of subsidence disaster can be sent out in advance．
Key words：intelligentization；underground mining；disaster；monitoring and pre— alarming

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