铜坑锡矿东盘区采场的稳定性监测

摘　要　铜坑锡矿91^#矿体东盘区开采条件复杂，为确保矿体安全而高效回采，采用了以声发射监测技术为主的综合地压监测手段，对采区的稳定性进行了监测。根据监测结果，确定了东盘区合理的空区处理措施，从而实现了矿体的高效回采。
关键词　声发射；监测网；空区处理；稳定性
中图分类号：TD326　文献标识码：A
文章编号：1005-2763(2000)03-0013-03

Monitoring of Stope Stability in East Panel in Tongkeng Tin Mine

YU Yang-xian
(Tongkeng Tin Mine of Huaxi (Group) Corp.,Nandan County,Guangxi　547207,China）
MAO Jian-hua，LUO Yi-zhong
（Changsha Institute of Mining Research,Changsha,Hunan　410012,China)

Abstract　The mining conditions of the east panel of 91^# orebody in Tongkeng Tin Mine are fairly complicated so that the stability of mining areas is monitored in a comprehensive way with sonic-emission monitoring technique as a major ground pressure monitoring means so as to ensure the safe and highly effective of mining the orebody.Based on monitoring results,some proper measures were worked out for dealing with the mined-out areas in the east panel,thus realizing the highly effective recovery of the orebody.
Key Words　Sonic emission;Monitoring network;Handling of mined-out area;Stability

1　概　述

　　铜坑锡矿东盘区处于91^#矿体边缘。其矿体倾角为20°～30°，走向东西，厚度为20 m左右，顶板围岩和夹石多为条带状灰岩，层面发育，西南角有花岗岩侵入。目前91^#、92^#矿体和细脉带矿体呈立体多层开采，东盘区尚未形成充填系统，为了尽快全面回收矿石资源，选择不充填采空区的方案。为控制地压，将东盘区划分为A、B、C三个矿块，用浅孔回采，铲运机出矿。北边A矿块与西头的C矿块联通，主要在367 m水平，南边B矿块由先期民采在396 m与382 m水平形成两层空区，34^#线附近A、B矿块开采后联通形成大空区。因此设计在32^#线附近保留部分矿柱，对于E4～E6等厚度较大的地段采用中孔回采。
　　为了实现安全、高效的采矿，首先采用数值模拟计算方法对回采顺序进行优化，并对采场进行了稳定性分析。根据计算和分析结果，选择了按C-B-A顺序的回采方案。然后在东盘区布置了全面的监测网，进行现场岩体应力与位移测试，对采场稳定性进行监测。

2　采场稳定性监测

2.1　基本监测方法
　　目前声发射监测技术是金属矿山重要的地压监测手段之一，具有灵敏度高、测试范围广、可实现远距离遥测、定时或全天候连续监测、即时监控、及早发现危险预兆，以及简便实用等优点。因此提出了以岩体声发射-声波监测为主的基本方法，同时辅以其它监测手段，对东盘区采场进行全面监测。
2.2　监测网布置
　　在布置监测网之前，对采场地质结构和顶板稳定性进行初步分析，在此基础上，应用声发射技术有针对性地对危险地域进行重点监测。
　　(1) 地质结构分析。首先用块体理论分析地质结构可能存在的滑动体和危险范围，根据全空间赤平极射投影原理，运用几何和矢量分析方法，将结构面块体投影在赤平极射图上，可非常直观地找出顶板及边墙的裂隙块体和松动危险体。分析表明，矿岩整体上稳固性较好，但顶板层面发育，存在一定危险，如在B矿块进路边壁统计的节理结构面主要有三组，产状分别为335°＜30°、110°＜85°、70°＜88°，根据赤平极射投影图分析，层厚在2～3 m左右的层间节理组，与陡倾斜的其它节理交叉，构成顶板边墙和矿柱自由面上可动块体，将造成顶板脱层和边壁片落，在B矿块进路上方有两处较为严重的层状冒落体。
　　(2) 采场顶板稳定性分级。声发射参数可综合反映出岩体破坏过程，应用声波和声发射技术可进行采场顶板安全等级的初步划分。具体评判标准参见附表。按此标准，A、B、C矿块回采初期顶板稳定性多为2～3级，回采中随应力的变化B矿块出现过1级顶板的危险情况，回采后期顶板稳定性多为1～2级。

附表　依据声发射参数评定的顶板稳定性分级

评判参数 评分 等级 稳定性 C(次/min) E(mv) m值 ≥8 ≥450 ≤2.0 30～50 Ⅰ 差 8～3 450～300 2.0～2.5 51～75 Ⅱ 较差 ＜3 ≤300 ≤2.5 76～100 Ⅲ 较好 　　(3) 监测网布置。东盘区监测网布置如附图所示。主要在370 m、382 m水平布置了声发射监测孔和光应力计监测孔。在采区附近布置了断面收敛计和水准仪。

3　监测结果及分析

　　(1) 光应力计监测。1999年4月份E4采场开采后，光应力计R₂的应力条纹由原来的1级增加到2+1/3级，说明应力增加很快。5月份E4采场爆破引起405水平坑道破坏，6月份部分点应力降低，说明局部应力集中并有逐渐向外转移的趋势，405水平30^#线北端有小冒落。7月份A矿块的R₁₆、R₁₉、R₂₀、R₂₃等光应力计的应力条纹明显增加，说明矿柱应力随着空区的扩大而增加。C矿块出现冒顶，E4附近矿柱破坏。8月份个别矿柱压裂。9月份个别点压力增大。1999年底，出现部分压力降低现象，压力拱往外扩大。

附图　东盘区监测网图

　　(2) 声发射监测。1999年6月，382 m水平B矿块出现岩体声发射现象，A矿块没有明显的声发射现象。7月初，B矿块监测到大量声发射信号，据此判断该处很危险，提出建议暂停爆破作业，处理松石，并同时减缓C矿块的采矿速度，待B矿块出矿作业完成后进行后退式回采。7月3日监测到B矿块11^#测点附近声发射信号很明显，并出现连音，顶板发响，根据声发射数据分析提出冒顶预报，随后几天果然发生了片帮和冒顶。7月底监测到较强的声发射信号，矿柱及边墙压裂，同时E5～E6等地段出现声发射现象，因此建议暂停E6采场爆破作业，待E5～E6采场打完钻后再恢复作业，B矿块的出矿工作待稳定后再继续进行。11月，B矿块与A矿块部分连通，个别矿柱应力集中，监测到部分低频岩音，说明有可能出现大型结构块体松动，因而提出注意出矿安全监护建议。至12月，因爆破崩矿，B矿块上方已出现大的结构块体冒落，此时声发射现象不明显。东盘区声波监测结果表明，对大范围的地压显现，岩石声发射表现强烈，大面积岩体发响，且持续很长时间，出现主频发散的现象。采场冒顶和边帮破坏，声发射特征表现为一定范围内强度较大，开始以高频为主，冒落前出现低频信号。矿柱受压时声发射现象较明显，其能量相对较小，频率高。现场监测资料说明，声发射事件率的变化及能量累计是冒顶预测的重要指标，结合声发射频谱变化等情况分析，应用灰色理论和神经网络等方法预测采场稳定性，可在冒顶来临前几天内提出预报。
　　(3) 巷道断面收敛和水准监测。在405 m水平30^#线主要运输道进行了水准监测。水准仪和巷道断面收敛计监测结果表明，测点最大相对下沉量10 mm，上部坑道收敛计观测数据比较稳定，说明该处没有剧烈地压活动的趋势。

4　空区处理措施

　　A、B、C矿块开采后，32^#线以东顶板爆露面积达1000 m²左右，30^#～32^#线之间的中孔采场的总面积约8000 m²，按A、B、C矿块开采计算，其矿柱面积与空区顶板面积之比(实空比)，1999年底已达18%。按考虑了岩性、强度、节理裂隙、地应力、地下水、采矿等因素的经验公式计算，空区跨度可达20 m左右，单个空区顶板暴露面积在1000 m²左右较稳固，但顶板的稳固性还取决于空区的结构。根据91^#矿体大部分空区冒落现场实例，东盘区的实空比如果控制在15%～18%，那么保留部分贫矿或夹石作矿柱，即可在较稳定的情况下达到90%左右的回收率。进一步回采矿柱后，实空比在15%以下可能造成矿柱破坏和围岩逐渐自然垮落，可消除突发性大面积地压冲击的危害。

5　结　论

　　91^#矿体东盘区的开采，采取了最佳的回采方案和先进的地压监控手段，在不充填的情况下从难采矿体中顺利地回收了大量矿石，与采用其它方案相比，其回收率大大提高，同时节约了大量的成本。实践证明，以声发射监测为主的综合性地压监控技术是行之有效的。东盘区的空区处理方法和监控技术以及现场获取的重要参数指标，对其它矿体的开采具有实际的指导意义。

余阳先，男，广西南丹人，高级工程师，主要从事采矿技术研究
余阳先（华锡集团铜坑锡矿，广西 南丹县　547207）
毛建华（长沙矿山研究院，湖南 长沙　410012）
罗一忠（长沙矿山研究院，湖南 长沙　410012）

参考文献

1，Mogi.M,Earthquake Prediction,Academic Press,Tokyo,1985.
2，毛建华等.采场稳定性预测新技术在凡口铅锌矿的应用.金属矿山，1996(6).