南温河钨矿采空区稳定性地压监测方案

程祝祥，尹彦波

(1.文山麻栗坡紫金钨业集团公司， 云南 文山州 663600； 2.中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083； 3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)



南温河钨矿采空区稳定性地压监测方案

程祝祥1，尹彦波2,3

(1.文山麻栗坡紫金钨业集团公司， 云南 文山州 663600； 2.中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083； 3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

详细论述了南温河矿区采空区现状及其地压显现特征，研究并提出了建立该矿地压监测系统的必要性，选择了适合南温河钨矿的地压监测方法及地压监测设备，对该矿区进行了地压监测网的设计，建立起了全天候的实时地压监测网络系统，可实现对南温河矿区地压灾害进行安全监控。

采空区；地压活动；地压监测；安全监控

0 引 言

云南文山南温河钨矿是文山麻栗坡紫金钨业集团有限公司的重点矿山企业之一，分成了南秧田、茅坪等开采矿段，目前主要是回采南秧田东和西部的矿体。南温河钨矿矿区岩石节理、裂隙均不发育，稳固性良好，矿区的工程地质和水文地质条件较为简单。

目前，南温河钨矿井下开采存在以下问题：井下老采空区较多，随着开采的不断进行，井下采空区暴露面积越来越大，安全隐患较大，部分矿柱都已经发生破裂；井下开采留下的采空区未及时封闭；矿山井下经过多年的民采、盗采，加上矿柱留设不规则，回采顺序比较混乱，很不利于矿山管理和安全生产；南温河钨矿地下开采从未建立过地压监测系统；南温河钨矿所留矿柱的几何尺寸参数都是凭借经验选取，未经过矿柱的稳定性安全论证[1]。

目前，南温河钨矿开采面临着一系列的地压控制问题，且迫切需要解决地压灾害难题。因此，考虑在南温河钨矿建立适合该矿特点的地压监测网，建立长期、有效的地压监测管理制度，通过实时地压监测，实现对南温河钨矿的地压监测预警，以指导矿山安全生产。

1 南温河钨矿采矿区现状及地压活动现象

南温河钨矿矿体为缓倾斜薄矿体，采用房柱法开采。采区内每80 m×80 m划分一个采场，采场内按8～12 m跨度留设4 m×4 m或Φ4 m的矿柱。从现场情况来看，该采场参数基本可满足顶板稳定性要求。但该矿段2-6勘探线之间部分矿柱有片帮、开裂等地压显现现象，这一情况说明：在此区域地压作用明显，这会影响到今后采区的安全开采[1]。

目前井下已形成的采空区面积达77×104m2，采空区的体积约200×104m3，且今后矿山开采将以约30×104m3/a的速度增加。

因南温河钨矿采空区体积较大，将不可避免地涉及采空区的安全稳定性及顶板控制难题。为消除或减少采空区对矿山安全开采的危害，有必要对南温河钨矿井下存在的采空区进行详细地调查，并对南温河钨矿采空区的稳定性与安全开采技术条件进行论证及分析研究，确定已有采空区矿柱的稳定性状况，从而为划定采空区的危险程度范围，为矿山采空区处理及采空区的地压监测提供依据，最终为矿山安全、有序地生产提供技术支撑。

2 南温河钨矿地压监测重点区域

前期通过对南温河钨矿的开采现状、地压显现特征等进行详细的调查，以及对南温河钨矿矿岩体室内试验和采空区留存矿柱稳定性计算分析等研究，对每个留存矿柱的安全系数进行核实计算。根据计算结果，初步确定该矿山地压活动危险区域，综合考虑矿山开采实际情况后，确定了南温河钨矿的地压监测区域。其中，地压监测重点区域为：7号沿脉4线东、4线主运输巷东、1-5线10号沿脉南北、3线8号沿脉北；一般监测区域为：2线8号沿脉南北和老钨业采空区。地压监测点布置在上述区域的采场或采空区范围内的点柱中以及采空区顶底板之间[1]。

3 采空区稳定性监测方案设计

3.1 南温河钨矿地压监测方法及方案选择

硬岩金属矿山中的地压监测普遍采用多通道声发射/微震监测(AE/MS)、应力监测和位移监测等方法，南温河钨矿岩石强度超过90 MPa，岩体强度高，属硬岩矿山。针对该矿区的实际情况，拟采用声发射监测为主，结合应力监测和位移监测等监测手段，建立起全方位、多层次的地压监测网络，采用光纤从地下监控硐室连接到地表监测办公室，建立地表联网的地压监测实时网络系统，实现南温河钨矿井下各种地压监测数据与地面监控室数据同步[2-4]。

通过了解多通道声发射监测、微震监测、单通道声发射监测以及应力监测和位移监测系统的基本原理及其应用情况，确定南温河钨矿的地压监测方案从以下3种监测方案中进行选择。

(1) 方案1：微震监测+应力监测+位移监测系统。

(2) 方案2：多通道声发射监测+应力监测+位移监测系统。

(3) 方案3：多通道声发射监测+单通道声发射监测+应力监测系统+位移监测系统。

方案1的优点是：微震监测系统的信息化、集成化和智能化程度较高，系统的操作界面美观；微震监测系统的缺点是价格高，维护保养费用高，且系统及软件为全英文，使得技术人员入门的门槛高，操作不便等；方案2的优点是：比较方案1，多通道声发射系统的价格便宜，该系统安装后的服务更为方便，且该系统在监测的基本功能上也能达到地压监测所需的要求，缺点是多通道声发射系统的操作界面美观程度不如方案1的微震监测系统的操作界面；方案3的优点是：对比方案1，多通道声发射系统价格便宜，服务更为方便，也能达到地压监测所需要的要求，包括单通道声发射监测系统，因此，具有地压监测的覆盖面广特点，单通道和多通道相互补充，完善了南温河矿区地压监测网，缺点是多通道声发射监测系统操作界面美观程度不如方案1的微震监测系统操作界面。

通过对上述3套地压监测方案的可靠性和经济技术等指标进行详细比较和分析，考虑选取目前国产化应用成熟的技术设备，包括：声发射监测系统(单通道声发射监测、多通道声发射监测)、岩体应力监测系统、岩体位移监测系统等综合的地压监测手段，为矿山建立起完善的地压监测网络系统。因此，最终确定南温河钨矿的地压监测方案为上述方案中的方案3[1]，即多通道声发射监测系统+单通道声发射监测系统+应力监测系统+位移监测系统。

3.2 南温河钨矿地压监测设备选型

根据仪器在矿山实际中的使用情况和应用效果等，经综合比较，确定采用以下型号的地压监测仪器设备[4]：

(1) 长沙矿山研究院有限责任公司生产的DYF-2型单通道声发射仪；

(2) 长沙矿山研究院有限责任公司生产的STL-12型多通道声发射定位系统，或长沙吉华矿业技术有限公司生产的AEM岩体声发射监测定位系统；

(3) 山东科大洛赛尔传感器有线责任公司生产的ZLGH-20型钻孔应力计及检测仪器；

(4) 山东科大洛赛尔传感器有线责任公司生产的WYGH-Ⅱ型位移监测仪。

3.3 南温河钨矿地压监测点设计

3.3.1 多通道声发射监测点设计

南温河钨矿多通道声发射监测点布置在7号沿脉4线东、4线主运输巷东、1-5线10号沿脉南北、3线8号沿脉北的采场和采空区的点柱中，B区虽准备封闭，为了准确了解封闭区内矿柱及围岩体的变化状况[3]，特在此区域布置了3个多通道监测点。

3.3.2 单通道声发射监测点设计

南温河钨矿单通道声发射监测点设计在采场和采空区点柱中，结合多通道声发射监测点、应力监测点共同监测南温河矿区围岩、矿柱的稳定性。在地压活动区域的点柱中布置单通道声发射监测点，可根据现场实际情况，按照设计原则适当增加单通道声发射监测点数目。

3.3.3 应力监测点设计

南温河钨矿应力监测点主要设计在7号沿脉4线东、4线主运输巷东、1-5线10号沿脉南北、3线8号沿脉北；一般监测区域为：2线8号沿脉南北和老钨业采空区的采场或采空区点柱中，主要是监测回采过程中应力转移情况，即应力转移距离，监测点柱中承受压力变化大小，同时与其它监测方法一起共同监测南温河钨矿采空区周边矿岩体的受力状态，实时监测并分析其稳定性。

4 结 语

本文总结了南温河钨矿矿区采空区的基本特点，分析了该矿的地压显现特征及其地压活动规律，研究并提出了适合南温河钨矿特点的地压监测方法，并确定了该矿的地压监测重点区域和一般区域。从监测仪器价格、使用功能和售后服务等方面综合考虑并详细比对，优选了适合南温河钨矿的地压监测系统，即：多通道声发射监测系统+单通道声发射监测系统+岩体应力监测系统+位移监测系统系统，并对南温河钨矿矿区的地压监测点进行了优化设计，设计了南温河钨矿地压监测网。地压监测网的建立对南温河钨矿可实现全天候的地压实时监测，从而可有效地指导矿山的安全生产。

[1]长沙矿山研究院有限责任公司.南温河钨矿采空区地压监控预警技术研究[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司,2014.

[2]陶雪芬,李爱兵,章 光,等.西北某矿采空区稳定性监测方案设计[J].现代矿业.2010(1)：80-82.

[3]刘国清.基于声发射的岩体工程灾害微震监测系统[J].采矿技术,2005,5(1)：30-31.

[4]尹彦波.岩石失稳与地压灾害的非线性动力学分析研究[D].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司,2006.(收稿日期：2015-11-23)

程祝祥(1971-)，男，安徽怀宁县人，采矿工程师，主要从事采矿方法及工艺研究，Email:yueguang1495@sina.com。