某铜矿采空区稳定性监测分析

刘波 邹雄刚 张超美

（江西省赣州市赣南科技学院，江西赣州 341000）

0 前言

空区稳定性及地压活动情况监测都是揭示地压活动规律的科学手段，现场监测获得的数据反映了多种因素综合作用下的实际情况，利用监测所得的资料分析论证，可以分析空区稳定性及地压活动规律。到目前为止，仅通过计算或实验的方法很难得到与工程实际完全相符合的稳定性测量结果，所以矿山空区的稳定性及地压问题必须通过现场监测进行预测和预报。金属矿山发生灾害性地压活动的条件主要为：主导因素为矿山连续的、大量的采空区存在；最敏感因素为矿柱破坏；直接激发因素有爆破荷载、矿柱垮塌、多中段反复采动影响等等。要避免矿山的地压灾害就要做好监测工作。

1 工程背景

某铜矿采矿方法主要采用浅孔留矿法和阶段矿房法回采。在-20m 至-60m 中段遗留空区对地表以及井下的安全开采造成了一定的安全隐患，经过多年的治理工作，采空区-20m 中段以上的采空区基本充填治理完成，但-20m 中段仍遗留一部分空区无法处理。因此，开展-20m 中段采空区稳定性及地压活动监测，可以实现矿山长期安全、高效生产，最大限度的回收资源，其经济效益和社会效益明显，意义重大。

2 监测方案

对矿山地下工程稳定性进行监测和预报，是保证矿山安全生产施工的重要措施，通过监测分析对原设计参数进行优化，并指导矿山下一步的生产和工程布置。矿山空区的稳定性及地压活动情况监测具有时效性、监测环境复杂以及受地下空间的制约等特点。因此，在矿山地表岩移和地压监测系统设计上要尽量考虑保持设备的长期稳定，选型上要具备防潮、防爆、防电磁干扰等性能。另外由于地下监测空间的限制，要求监测设备微型化并尽可能隐蔽，减少对矿山正常生产施工的干扰，减少矿山生产施工对监测设备的破坏。

2.1 应力计监测

根据点面结合，突出重点的原则。除了考虑整体回采区域应力变化规律监测外，对-20m 中段的应力和变形进行监测；测点布设位置与密度合适，便于监测点的安装和日常巡查，保障与地压监测相关作业人员的安全；监测仪器可靠实用，精度满足要求，实施方便，综合成本低廉，达到经济适用的目的。

仪器选用国产AYS-15型钻孔应力计，通过应力监测获得围岩应力变化量、变化速度、应力分布情况，应力集中和应力变化最大的部位，为分析围岩的可能破坏部位和破坏范围提供依据。以应力监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情况发生的依据。结合现场实际情况，本次围岩二次应力监测区域布置在-20m 中段，应力计布置六个，后期根据需要可以进行补充，具体布置见图1。

图1 应力计监测点布置图

2.2 围岩位移监测

矿柱以及空区周边岩体变形监测采用AYM－100 型钻孔多点位移计。通过多点位移计监测所得各个测点的位移变化量和位移变化速度，以位移值突然加大，位移变化速度突然加快作为危险情况发生的判断依据。根据多点位移计的原理，可以制成“顶板离层仪”，它用于测量顶板岩层间的离层量（两岩层面发生脱离），当出现大离层时，可作为危险情况的判断依据。总计布置多点位移计监测布置三个监测点，见图2所示。

图2 位移计监测点布置图

3 数据分析

3.1 应力计数据监测

设备安装完成后进行了第一次采集，本次分析的数据对测点进行了两次监测，监测结果汇总见表1。

表1 应力监测结果

通过两次的监测数据对比，在本月度内，围岩二次应力的变化值最大为YL3 的0.92MPa，YL6 在第一次监测时出现微小的拉应力值后恢复正常。监测结果表明，在本次监测周期内，-20m 中段的围岩二次应力变化值较小，围岩处于相对稳定的状态，未出现大的地压活动，围岩整体上的稳定性未遭受破坏。

3.2 围岩位移监测数据分析

设备安装完成后进行了第一次采集，本次分析数据后期进行了二次监测，合计三次监测数据进行了分析，监测结果汇总见表2。

表2 多点位移计变化量统计表

围岩内部监测位移变化量都在mm 级别以内，最大位移量为2.5mm。在本监测周期内整体上围岩内部位移量变化较小，基本可以认定围岩内部的位移平稳，未出现大的地压活动。

4 结论

（1）应力计、位移计的监测数据变化了均比较小，说明该中段遗留采空区地压活动平稳，采空区周边围岩未遭受破坏、稳定性良好；

（2）空区周边采矿活动对空区存在一定的影响，但是影响程度有限。进一步完善应力监测系统加大力度进行监测，为矿山安全生产提供可靠的数据支撑；

（3）空区的安全性不容忽视，虽然采用了各种手段对空区的稳定性进行监测，但随着时间的推移，岩石力学性质由于时间效应会弱化，因此为确保安全，采空区要进行充填处理，彻底消除隐患。