基于采空区地压监测中声发射监测系统的应用研究
2014-07-16郝凤才
郝凤才
摘要：声发射监测系统作为一种探测岩体内部应力变化的技术，从诞生到如今已经有了巨大的进步，并且渐渐走向成熟。针对目前在矿业的发展当中由于空区数量多、体积大等问题，通过声发射监测系统的应用，将有效地提高开采过程当中的安全性和稳定性，以保障工作人员安全作业和稳定采矿工作。文章主要从应用方面进行了分析。
关键词：采空区；地压监测；声发射
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0016-03
采场冒顶和空区塌方是地下矿山开采过程中最常见的灾害，它直接威胁井下工人和设备的安全。如今声发射技术日渐成熟，将其成功地应用在采矿当中，将能够及时地了解岩体内部的应力状况。在采矿过程当中，由于各方面的原因将会形成大量的采空区，而这些采空区又可能出现冒落、塌陷等危险，而通过声发射监测系统的使用，将有效地提高在采矿当中的安全性和稳定性，确保工作人员的人身安全，将地压危害降低到最低。
1 监测方法
地压监测主要技术有电测法、光测法以及声发射法。声发射使用较为简单，且符合经济性原则，能够进行实时监测，同时进行预报，对企业的经济要求不高。并且监测的稳定性高，具有先进性和可靠性。
STL-12型声发射定位与监测系统在SDL-1的基础之上，通过有效的改进和完善，先进性更加明显。其中心处理单元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延时触发的A/D板为模数转换接口，同时配有12道程控放大、程控通频带、程控触发电平（八级）的放大板与工控专用电源及其辅助电路。能够对岩体进行有效的分析和预报，从而采集有关数据、进行参数设置、了解地质结构等。如图1所示，是其技术指标图。
2 数值模拟
2.1 进行参数计算，建立模型
以下主要以某铁矿的实际应用为例，该铁矿闪长岩是其主要的顶板岩石，整体稳定性较好，矽卡岩在局部有分布，稳定性不佳。由闪长岩和大理岩构成底板，矽卡岩依旧分布在局部位置。通过取样，其力学参数如图2所示。
在建立模型之时要严格结合矿体的各方面的情况，比如位置情况、赋存条件，及其在开挖之后将会受到影响的区域，从而建立三维模型。所建立的模型长取值为200米，宽取值300米，高取值320米。矿体的厚度是60米，开采中段有三个。为了确保符合一定的精确度要求，同时提高计算的效率，因此在一些单元划分较密，主要包括了矿柱、空区顶以及底板部分。和采空区关系较小，距离较远的部分就划分较稀。所有有关部分所划分的单元总共7.7万个。同时要求模型的移动受到一定的限制，比如对于侧面，应该限制其水平移动，对于地面，则需要对垂直移动有所限制，将岩体自重力施加于模型上部。
2.2 结果分析
在计算分析当中，主要运用了FLAC3D，最终得到其位移云图，以及应力云图。
通过对比开挖前后的状况，以及计算结果可知，水平位移、应力值在-20米之时，两者数值都偏小，由此可见在该采矿作业当中，中段围岩受到采空区的影响不大。通过开挖深度加深，直到负80米之时，两项数值增加十分明显。这说明随着开采时间在不断加长，发生冒落塌陷危险的几率更大，因此必须对该阶段进行着重监测。在-130米之时，数值进一步加大，危险系数也随之加大，加之在这个深度还设置了泵房、生产采场等，一旦发生危险，不仅将严重影响在空区的各项工作，导致地压灾害，而且将对在该阶段作业的工作人员造成人身安全威胁。因此在该阶段也应该注重监测，及时的发现危险排除危险。
3 建立监测系统
根据以上的模拟结果建立监测系统，同时应该充分结合该矿山的具体情况，综合各方面的情况最终决定选择了12个监测地点。具体的-85米水平监测位置如图3所示，-130米如图4所示。
同时依据设计在现场进行布点，安装相应的传感器，开凿监测硐室，以及进行布线工作。对于井下线缆的设置，应该要尽量和巷道壁接近，并且注意所选择的高度应该科学合理，在进行悬挂敷设之时还应该充分考虑之后的维护工作，以及必要之时的更替。在水平的巷道中悬挂线缆，应该注意间隔问题，通常情况是间隔0.4米左右，在进行传感器的安装之时要有所预留，以便于之后的线缆敷设。立足于现场的实际情况，从而决定使用架空方式。电力电缆应该和其他的线缆有一定的距离，以免在进行爆破等工作之时，线缆因此遭受破坏。同时为了确保线缆的安全性，应该悬挂有关的标志，可以在巷道之中标明，或者在岔口之处标明。
4 结论和建议
第一，通过实例分析，成功地应用声发射监测系统，不仅对该矿山的开采提供了安全性和稳定性保障，及时地了解空区的实际情况，以便于做出正确应对。有效地提高了开采工作的安全性，确保日常工作的顺利进行，确保了工作人员安全。同时也为其他类似矿山的开采过程当中，面对空区进行有效监测，提供了成功经验。第二，FLAC3D软件的使用，对于模型进行了相关计算，分析了在围岩应力，以及位移的变化规律。由此而确定了在作业过程当中容易发生危险的地段，进而进行重点监测，为该监测系统的构建提供依据，进一步确保了监测的有效性。第三，通过建立STL-12声发射监测系统，最终对两个敏感区进行了有效监测，即-85米，以及在-130米段。通过实时监测，充分发挥了该技术的先进性，为相关工作人员的作业提供了科学依据。切实保护了有关工作人员的安全性，确保各项工作的有序开展。
为了进一步提高采矿工作的安全性和稳定性，以及确保该监测系统的有效性，需要采取以下几个措施：首先做好日常的地压监测工作，注意进行观察，同时将监测所得的各项数据做好相关记录，制作报表等，以便于之后的查询和判断使用。其次，对于重点监测部分，要充分了解空区的分布状况，设计相关的监测图纸，合理安排监测探头。最后成立专门监测小组，使之能够及时地监测各个区域，准确地了解其变化规律。为了进一步确保空区监测的有效性，提高安全性，这就要求要不断地完善监测系统，确保其监测的完整性和全面性。对于容易发生冒落等危险的部位，应该设置监测网，实施全面实时的监测。同时通过互联网系统集中的对所有监控地点进行统一的控制，确保监测信息共享的及时性和准确性，进一步地提高监控稳定性。
5 结语
综上所述，在采空区地压监测当中使用声发射监测系统，要求要立足于采矿区的具体情况，进行数值模拟，最终根据计算结果建立监测系统，安排具体的监测。同时在监测过程当中做好有关记录，提高信息的共享性，确保整个作业的安全性。
参考文献
[1] 张洋.东河湾铁矿采空区地压灾害监测与预报技术
研究[D].河北联合大学，2013.
[2] 陈龙.陈贵刘家畈铁矿综合地压监测方案研究
[D].武汉工程大学，2013.
[3] 刘希灵.基于激光三维探测的空区稳定性分析及安
全预警的研究[D].中南大学，2008.
[4] 肖术.采空区声发射实时监测系统管理平台研究
[D].武汉科技大学，2012.
[5] 付占宇，彭府华.采空区上覆岩层稳定性声发射监
测可行性研究[J].采矿技术，2011，（4）：
77-79.
摘要：声发射监测系统作为一种探测岩体内部应力变化的技术，从诞生到如今已经有了巨大的进步，并且渐渐走向成熟。针对目前在矿业的发展当中由于空区数量多、体积大等问题，通过声发射监测系统的应用，将有效地提高开采过程当中的安全性和稳定性，以保障工作人员安全作业和稳定采矿工作。文章主要从应用方面进行了分析。
关键词：采空区；地压监测；声发射
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0016-03
采场冒顶和空区塌方是地下矿山开采过程中最常见的灾害，它直接威胁井下工人和设备的安全。如今声发射技术日渐成熟，将其成功地应用在采矿当中，将能够及时地了解岩体内部的应力状况。在采矿过程当中，由于各方面的原因将会形成大量的采空区，而这些采空区又可能出现冒落、塌陷等危险，而通过声发射监测系统的使用，将有效地提高在采矿当中的安全性和稳定性，确保工作人员的人身安全，将地压危害降低到最低。
1 监测方法
地压监测主要技术有电测法、光测法以及声发射法。声发射使用较为简单，且符合经济性原则，能够进行实时监测，同时进行预报，对企业的经济要求不高。并且监测的稳定性高，具有先进性和可靠性。
STL-12型声发射定位与监测系统在SDL-1的基础之上，通过有效的改进和完善，先进性更加明显。其中心处理单元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延时触发的A/D板为模数转换接口，同时配有12道程控放大、程控通频带、程控触发电平（八级）的放大板与工控专用电源及其辅助电路。能够对岩体进行有效的分析和预报，从而采集有关数据、进行参数设置、了解地质结构等。如图1所示，是其技术指标图。
2 数值模拟
2.1 进行参数计算，建立模型
以下主要以某铁矿的实际应用为例，该铁矿闪长岩是其主要的顶板岩石，整体稳定性较好，矽卡岩在局部有分布，稳定性不佳。由闪长岩和大理岩构成底板，矽卡岩依旧分布在局部位置。通过取样，其力学参数如图2所示。
在建立模型之时要严格结合矿体的各方面的情况，比如位置情况、赋存条件，及其在开挖之后将会受到影响的区域，从而建立三维模型。所建立的模型长取值为200米，宽取值300米，高取值320米。矿体的厚度是60米，开采中段有三个。为了确保符合一定的精确度要求，同时提高计算的效率，因此在一些单元划分较密，主要包括了矿柱、空区顶以及底板部分。和采空区关系较小，距离较远的部分就划分较稀。所有有关部分所划分的单元总共7.7万个。同时要求模型的移动受到一定的限制，比如对于侧面，应该限制其水平移动，对于地面，则需要对垂直移动有所限制，将岩体自重力施加于模型上部。
2.2 结果分析
在计算分析当中，主要运用了FLAC3D，最终得到其位移云图，以及应力云图。
通过对比开挖前后的状况，以及计算结果可知，水平位移、应力值在-20米之时，两者数值都偏小，由此可见在该采矿作业当中，中段围岩受到采空区的影响不大。通过开挖深度加深，直到负80米之时，两项数值增加十分明显。这说明随着开采时间在不断加长，发生冒落塌陷危险的几率更大，因此必须对该阶段进行着重监测。在-130米之时，数值进一步加大，危险系数也随之加大，加之在这个深度还设置了泵房、生产采场等，一旦发生危险，不仅将严重影响在空区的各项工作，导致地压灾害，而且将对在该阶段作业的工作人员造成人身安全威胁。因此在该阶段也应该注重监测，及时的发现危险排除危险。
3 建立监测系统
根据以上的模拟结果建立监测系统，同时应该充分结合该矿山的具体情况，综合各方面的情况最终决定选择了12个监测地点。具体的-85米水平监测位置如图3所示，-130米如图4所示。
同时依据设计在现场进行布点，安装相应的传感器，开凿监测硐室，以及进行布线工作。对于井下线缆的设置，应该要尽量和巷道壁接近，并且注意所选择的高度应该科学合理，在进行悬挂敷设之时还应该充分考虑之后的维护工作，以及必要之时的更替。在水平的巷道中悬挂线缆，应该注意间隔问题，通常情况是间隔0.4米左右，在进行传感器的安装之时要有所预留，以便于之后的线缆敷设。立足于现场的实际情况，从而决定使用架空方式。电力电缆应该和其他的线缆有一定的距离，以免在进行爆破等工作之时，线缆因此遭受破坏。同时为了确保线缆的安全性，应该悬挂有关的标志，可以在巷道之中标明，或者在岔口之处标明。
4 结论和建议
第一，通过实例分析，成功地应用声发射监测系统，不仅对该矿山的开采提供了安全性和稳定性保障，及时地了解空区的实际情况，以便于做出正确应对。有效地提高了开采工作的安全性，确保日常工作的顺利进行，确保了工作人员安全。同时也为其他类似矿山的开采过程当中，面对空区进行有效监测，提供了成功经验。第二，FLAC3D软件的使用，对于模型进行了相关计算，分析了在围岩应力，以及位移的变化规律。由此而确定了在作业过程当中容易发生危险的地段，进而进行重点监测，为该监测系统的构建提供依据，进一步确保了监测的有效性。第三，通过建立STL-12声发射监测系统，最终对两个敏感区进行了有效监测，即-85米，以及在-130米段。通过实时监测，充分发挥了该技术的先进性，为相关工作人员的作业提供了科学依据。切实保护了有关工作人员的安全性，确保各项工作的有序开展。
为了进一步提高采矿工作的安全性和稳定性，以及确保该监测系统的有效性，需要采取以下几个措施：首先做好日常的地压监测工作，注意进行观察，同时将监测所得的各项数据做好相关记录，制作报表等，以便于之后的查询和判断使用。其次，对于重点监测部分，要充分了解空区的分布状况，设计相关的监测图纸，合理安排监测探头。最后成立专门监测小组，使之能够及时地监测各个区域，准确地了解其变化规律。为了进一步确保空区监测的有效性，提高安全性，这就要求要不断地完善监测系统，确保其监测的完整性和全面性。对于容易发生冒落等危险的部位，应该设置监测网，实施全面实时的监测。同时通过互联网系统集中的对所有监控地点进行统一的控制，确保监测信息共享的及时性和准确性，进一步地提高监控稳定性。
5 结语
综上所述，在采空区地压监测当中使用声发射监测系统，要求要立足于采矿区的具体情况，进行数值模拟，最终根据计算结果建立监测系统，安排具体的监测。同时在监测过程当中做好有关记录，提高信息的共享性，确保整个作业的安全性。
参考文献
[1] 张洋.东河湾铁矿采空区地压灾害监测与预报技术
研究[D].河北联合大学，2013.
[2] 陈龙.陈贵刘家畈铁矿综合地压监测方案研究
[D].武汉工程大学，2013.
[3] 刘希灵.基于激光三维探测的空区稳定性分析及安
全预警的研究[D].中南大学，2008.
[4] 肖术.采空区声发射实时监测系统管理平台研究
[D].武汉科技大学，2012.
[5] 付占宇，彭府华.采空区上覆岩层稳定性声发射监
测可行性研究[J].采矿技术，2011，（4）：
77-79.
摘要：声发射监测系统作为一种探测岩体内部应力变化的技术，从诞生到如今已经有了巨大的进步，并且渐渐走向成熟。针对目前在矿业的发展当中由于空区数量多、体积大等问题，通过声发射监测系统的应用，将有效地提高开采过程当中的安全性和稳定性，以保障工作人员安全作业和稳定采矿工作。文章主要从应用方面进行了分析。
关键词：采空区；地压监测；声发射
中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0016-03
采场冒顶和空区塌方是地下矿山开采过程中最常见的灾害，它直接威胁井下工人和设备的安全。如今声发射技术日渐成熟，将其成功地应用在采矿当中，将能够及时地了解岩体内部的应力状况。在采矿过程当中，由于各方面的原因将会形成大量的采空区，而这些采空区又可能出现冒落、塌陷等危险，而通过声发射监测系统的使用，将有效地提高在采矿当中的安全性和稳定性，确保工作人员的人身安全，将地压危害降低到最低。
1 监测方法
地压监测主要技术有电测法、光测法以及声发射法。声发射使用较为简单，且符合经济性原则，能够进行实时监测，同时进行预报，对企业的经济要求不高。并且监测的稳定性高，具有先进性和可靠性。
STL-12型声发射定位与监测系统在SDL-1的基础之上，通过有效的改进和完善，先进性更加明显。其中心处理单元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延时触发的A/D板为模数转换接口，同时配有12道程控放大、程控通频带、程控触发电平（八级）的放大板与工控专用电源及其辅助电路。能够对岩体进行有效的分析和预报，从而采集有关数据、进行参数设置、了解地质结构等。如图1所示，是其技术指标图。
2 数值模拟
2.1 进行参数计算，建立模型
以下主要以某铁矿的实际应用为例，该铁矿闪长岩是其主要的顶板岩石，整体稳定性较好，矽卡岩在局部有分布，稳定性不佳。由闪长岩和大理岩构成底板，矽卡岩依旧分布在局部位置。通过取样，其力学参数如图2所示。
在建立模型之时要严格结合矿体的各方面的情况，比如位置情况、赋存条件，及其在开挖之后将会受到影响的区域，从而建立三维模型。所建立的模型长取值为200米，宽取值300米，高取值320米。矿体的厚度是60米，开采中段有三个。为了确保符合一定的精确度要求，同时提高计算的效率，因此在一些单元划分较密，主要包括了矿柱、空区顶以及底板部分。和采空区关系较小，距离较远的部分就划分较稀。所有有关部分所划分的单元总共7.7万个。同时要求模型的移动受到一定的限制，比如对于侧面，应该限制其水平移动，对于地面，则需要对垂直移动有所限制，将岩体自重力施加于模型上部。
2.2 结果分析
在计算分析当中，主要运用了FLAC3D，最终得到其位移云图，以及应力云图。
通过对比开挖前后的状况，以及计算结果可知，水平位移、应力值在-20米之时，两者数值都偏小，由此可见在该采矿作业当中，中段围岩受到采空区的影响不大。通过开挖深度加深，直到负80米之时，两项数值增加十分明显。这说明随着开采时间在不断加长，发生冒落塌陷危险的几率更大，因此必须对该阶段进行着重监测。在-130米之时，数值进一步加大，危险系数也随之加大，加之在这个深度还设置了泵房、生产采场等，一旦发生危险，不仅将严重影响在空区的各项工作，导致地压灾害，而且将对在该阶段作业的工作人员造成人身安全威胁。因此在该阶段也应该注重监测，及时的发现危险排除危险。
3 建立监测系统
根据以上的模拟结果建立监测系统，同时应该充分结合该矿山的具体情况，综合各方面的情况最终决定选择了12个监测地点。具体的-85米水平监测位置如图3所示，-130米如图4所示。
同时依据设计在现场进行布点，安装相应的传感器，开凿监测硐室，以及进行布线工作。对于井下线缆的设置，应该要尽量和巷道壁接近，并且注意所选择的高度应该科学合理，在进行悬挂敷设之时还应该充分考虑之后的维护工作，以及必要之时的更替。在水平的巷道中悬挂线缆，应该注意间隔问题，通常情况是间隔0.4米左右，在进行传感器的安装之时要有所预留，以便于之后的线缆敷设。立足于现场的实际情况，从而决定使用架空方式。电力电缆应该和其他的线缆有一定的距离，以免在进行爆破等工作之时，线缆因此遭受破坏。同时为了确保线缆的安全性，应该悬挂有关的标志，可以在巷道之中标明，或者在岔口之处标明。
4 结论和建议
第一，通过实例分析，成功地应用声发射监测系统，不仅对该矿山的开采提供了安全性和稳定性保障，及时地了解空区的实际情况，以便于做出正确应对。有效地提高了开采工作的安全性，确保日常工作的顺利进行，确保了工作人员安全。同时也为其他类似矿山的开采过程当中，面对空区进行有效监测，提供了成功经验。第二，FLAC3D软件的使用，对于模型进行了相关计算，分析了在围岩应力，以及位移的变化规律。由此而确定了在作业过程当中容易发生危险的地段，进而进行重点监测，为该监测系统的构建提供依据，进一步确保了监测的有效性。第三，通过建立STL-12声发射监测系统，最终对两个敏感区进行了有效监测，即-85米，以及在-130米段。通过实时监测，充分发挥了该技术的先进性，为相关工作人员的作业提供了科学依据。切实保护了有关工作人员的安全性，确保各项工作的有序开展。
为了进一步提高采矿工作的安全性和稳定性，以及确保该监测系统的有效性，需要采取以下几个措施：首先做好日常的地压监测工作，注意进行观察，同时将监测所得的各项数据做好相关记录，制作报表等，以便于之后的查询和判断使用。其次，对于重点监测部分，要充分了解空区的分布状况，设计相关的监测图纸，合理安排监测探头。最后成立专门监测小组，使之能够及时地监测各个区域，准确地了解其变化规律。为了进一步确保空区监测的有效性，提高安全性，这就要求要不断地完善监测系统，确保其监测的完整性和全面性。对于容易发生冒落等危险的部位，应该设置监测网，实施全面实时的监测。同时通过互联网系统集中的对所有监控地点进行统一的控制，确保监测信息共享的及时性和准确性，进一步地提高监控稳定性。
5 结语
综上所述，在采空区地压监测当中使用声发射监测系统，要求要立足于采矿区的具体情况，进行数值模拟，最终根据计算结果建立监测系统，安排具体的监测。同时在监测过程当中做好有关记录，提高信息的共享性，确保整个作业的安全性。
参考文献
[1] 张洋.东河湾铁矿采空区地压灾害监测与预报技术
研究[D].河北联合大学，2013.
[2] 陈龙.陈贵刘家畈铁矿综合地压监测方案研究
[D].武汉工程大学，2013.
[3] 刘希灵.基于激光三维探测的空区稳定性分析及安
全预警的研究[D].中南大学，2008.
[4] 肖术.采空区声发射实时监测系统管理平台研究
[D].武汉科技大学，2012.
[5] 付占宇，彭府华.采空区上覆岩层稳定性声发射监
测可行性研究[J].采矿技术，2011，（4）：
77-79.
