摘　要　銅坑錫礦91^#礦體東盤區(qū)開采條件復(fù)雜，為確保礦體安全而高效回采，采用了以聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)為主的綜合地壓監(jiān)測(cè)手段，對(duì)采區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定了東盤區(qū)合理的空區(qū)處理措施，從而實(shí)現(xiàn)了礦體的高效回采。
關(guān)鍵詞　聲發(fā)射；監(jiān)測(cè)網(wǎng)；空區(qū)處理；穩(wěn)定性
中圖分類號(hào)：TD326　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：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

　　銅坑錫礦東盤區(qū)處于91^#礦體邊緣。其礦體傾角為20°～30°，走向東西，厚度為20 m左右，頂板圍巖和夾石多為條帶狀灰?guī)r，層面發(fā)育，西南角有花崗巖侵入。目前91^#、92^#礦體和細(xì)脈帶礦體呈立體多層開采，東盤區(qū)尚未形成充填系統(tǒng)，為了盡快全面回收礦石資源，選擇不充填采空區(qū)的方案。為控制地壓，將東盤區(qū)劃分為A、B、C三個(gè)礦塊，用淺孔回采，鏟運(yùn)機(jī)出礦。北邊A礦塊與西頭的C礦塊聯(lián)通，主要在367 m水平，南邊B礦塊由先期民采在396 m與382 m水平形成兩層空區(qū)，34^#線附近A、B礦塊開采后聯(lián)通形成大空區(qū)。因此設(shè)計(jì)在32^#線附近保留部分礦柱，對(duì)于E4～E6等厚度較大的地段采用中孔回采。
　　為了實(shí)現(xiàn)安全、高效的采礦，首先采用數(shù)值模擬計(jì)算方法對(duì)回采順序進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。根據(jù)計(jì)算和分析結(jié)果，選擇了按C-B-A順序的回采方案。然后在東盤區(qū)布置了全面的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巖體應(yīng)力與位移測(cè)試，對(duì)采場(chǎng)穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2　采場(chǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

2.1　基本監(jiān)測(cè)方法
　　目前聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)是金屬礦山重要的地壓監(jiān)測(cè)手段之一，具有靈敏度高、測(cè)試范圍廣、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)、定時(shí)或全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)、即時(shí)監(jiān)控、及早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)兆，以及簡(jiǎn)便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。因此提出了以巖體聲發(fā)射-聲波監(jiān)測(cè)為主的基本方法，同時(shí)輔以其它監(jiān)測(cè)手段，對(duì)東盤區(qū)采場(chǎng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。
2.2　監(jiān)測(cè)網(wǎng)布置
　　在布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)之前，對(duì)采場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和頂板穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)有針對(duì)性地對(duì)危險(xiǎn)地域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
　　(1) 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。首先用塊體理論分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)可能存在的滑動(dòng)體和危險(xiǎn)范圍，根據(jù)全空間赤平極射投影原理，運(yùn)用幾何和矢量分析方法，將結(jié)構(gòu)面塊體投影在赤平極射圖上，可非常直觀地找出頂板及邊墻的裂隙塊體和松動(dòng)危險(xiǎn)體。分析表明，礦巖整體上穩(wěn)固性較好，但頂板層面發(fā)育，存在一定危險(xiǎn)，如在B礦塊進(jìn)路邊壁統(tǒng)計(jì)的節(jié)理結(jié)構(gòu)面主要有三組，產(chǎn)狀分別為335°＜30°、110°＜85°、70°＜88°，根據(jù)赤平極射投影圖分析，層厚在2～3 m左右的層間節(jié)理組，與陡傾斜的其它節(jié)理交叉，構(gòu)成頂板邊墻和礦柱自由面上可動(dòng)塊體，將造成頂板脫層和邊壁片落，在B礦塊進(jìn)路上方有兩處較為嚴(yán)重的層狀冒落體。
　　(2) 采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性分級(jí)。聲發(fā)射參數(shù)可綜合反映出巖體破壞過程，應(yīng)用聲波和聲發(fā)射技術(shù)可進(jìn)行采場(chǎng)頂板安全等級(jí)的初步劃分。具體評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)參見附表。按此標(biāo)準(zhǔn)，A、B、C礦塊回采初期頂板穩(wěn)定性多為2～3級(jí)，回采中隨應(yīng)力的變化B礦塊出現(xiàn)過1級(jí)頂板的危險(xiǎn)情況，回采后期頂板穩(wěn)定性多為1～2級(jí)。

附表　依據(jù)聲發(fā)射參數(shù)評(píng)定的頂板穩(wěn)定性分級(jí)

評(píng)判參數(shù) 評(píng)分 等級(jí) 穩(wěn)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 較差 ＜3 ≤300 ≤2.5 76～100 Ⅲ 較好 　　(3) 監(jiān)測(cè)網(wǎng)布置。東盤區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng)布置如附圖所示。主要在370 m、382 m水平布置了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)孔和光應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)孔。在采區(qū)附近布置了斷面收斂計(jì)和水準(zhǔn)儀。

3　監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

　　(1) 光應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)。1999年4月份E4采場(chǎng)開采后，光應(yīng)力計(jì)R₂的應(yīng)力條紋由原來的1級(jí)增加到2+1/3級(jí)，說明應(yīng)力增加很快。5月份E4采場(chǎng)爆破引起405水平坑道破壞，6月份部分點(diǎn)應(yīng)力降低，說明局部應(yīng)力集中并有逐漸向外轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，405水平30^#線北端有小冒落。7月份A礦塊的R₁₆、R₁₉、R₂₀、R₂₃等光應(yīng)力計(jì)的應(yīng)力條紋明顯增加，說明礦柱應(yīng)力隨著空區(qū)的擴(kuò)大而增加。C礦塊出現(xiàn)冒頂，E4附近礦柱破壞。8月份個(gè)別礦柱壓裂。9月份個(gè)別點(diǎn)壓力增大。1999年底，出現(xiàn)部分壓力降低現(xiàn)象，壓力拱往外擴(kuò)大。

附圖　東盤區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng)圖

　　(2) 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)。1999年6月，382 m水平B礦塊出現(xiàn)巖體聲發(fā)射現(xiàn)象，A礦塊沒有明顯的聲發(fā)射現(xiàn)象。7月初，B礦塊監(jiān)測(cè)到大量聲發(fā)射信號(hào)，據(jù)此判斷該處很危險(xiǎn)，提出建議暫停爆破作業(yè)，處理松石，并同時(shí)減緩C礦塊的采礦速度，待B礦塊出礦作業(yè)完成后進(jìn)行后退式回采。7月3日監(jiān)測(cè)到B礦塊11^#測(cè)點(diǎn)附近聲發(fā)射信號(hào)很明顯，并出現(xiàn)連音，頂板發(fā)響，根據(jù)聲發(fā)射數(shù)據(jù)分析提出冒頂預(yù)報(bào)，隨后幾天果然發(fā)生了片幫和冒頂。7月底監(jiān)測(cè)到較強(qiáng)的聲發(fā)射信號(hào)，礦柱及邊墻壓裂，同時(shí)E5～E6等地段出現(xiàn)聲發(fā)射現(xiàn)象，因此建議暫停E6采場(chǎng)爆破作業(yè)，待E5～E6采場(chǎng)打完鉆后再恢復(fù)作業(yè)，B礦塊的出礦工作待穩(wěn)定后再繼續(xù)進(jìn)行。11月，B礦塊與A礦塊部分連通，個(gè)別礦柱應(yīng)力集中，監(jiān)測(cè)到部分低頻巖音，說明有可能出現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)塊體松動(dòng)，因而提出注意出礦安全監(jiān)護(hù)建議。至12月，因爆破崩礦，B礦塊上方已出現(xiàn)大的結(jié)構(gòu)塊體冒落，此時(shí)聲發(fā)射現(xiàn)象不明顯。東盤區(qū)聲波監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，對(duì)大范圍的地壓顯現(xiàn)，巖石聲發(fā)射表現(xiàn)強(qiáng)烈，大面積巖體發(fā)響，且持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，出現(xiàn)主頻發(fā)散的現(xiàn)象。采場(chǎng)冒頂和邊幫破壞，聲發(fā)射特征表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)強(qiáng)度較大，開始以高頻為主，冒落前出現(xiàn)低頻信號(hào)。礦柱受壓時(shí)聲發(fā)射現(xiàn)象較明顯，其能量相對(duì)較小，頻率高。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料說明，聲發(fā)射事件率的變化及能量累計(jì)是冒頂預(yù)測(cè)的重要指標(biāo)，結(jié)合聲發(fā)射頻譜變化等情況分析，應(yīng)用灰色理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法預(yù)測(cè)采場(chǎng)穩(wěn)定性，可在冒頂來臨前幾天內(nèi)提出預(yù)報(bào)。
　　(3) 巷道斷面收斂和水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。在405 m水平30^#線主要運(yùn)輸?shù)肋M(jìn)行了水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。水準(zhǔn)儀和巷道斷面收斂計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)下沉量10 mm，上部坑道收斂計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，說明該處沒有劇烈地壓活動(dòng)的趨勢(shì)。

4　空區(qū)處理措施

　　A、B、C礦塊開采后，32^#線以東頂板爆露面積達(dá)1000 m²左右，30^#～32^#線之間的中孔采場(chǎng)的總面積約8000 m²，按A、B、C礦塊開采計(jì)算，其礦柱面積與空區(qū)頂板面積之比(實(shí)空比)，1999年底已達(dá)18%。按考慮了巖性、強(qiáng)度、節(jié)理裂隙、地應(yīng)力、地下水、采礦等因素的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，空區(qū)跨度可達(dá)20 m左右，單個(gè)空區(qū)頂板暴露面積在1000 m²左右較穩(wěn)固，但頂板的穩(wěn)固性還取決于空區(qū)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)91^#礦體大部分空區(qū)冒落現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，東盤區(qū)的實(shí)空比如果控制在15%～18%，那么保留部分貧礦或夾石作礦柱，即可在較穩(wěn)定的情況下達(dá)到90%左右的回收率。進(jìn)一步回采礦柱后，實(shí)空比在15%以下可能造成礦柱破壞和圍巖逐漸自然垮落，可消除突發(fā)性大面積地壓沖擊的危害。

5　結(jié)　論

　　91^#礦體東盤區(qū)的開采，采取了最佳的回采方案和先進(jìn)的地壓監(jiān)控手段，在不充填的情況下從難采礦體中順利地回收了大量礦石，與采用其它方案相比，其回收率大大提高，同時(shí)節(jié)約了大量的成本。實(shí)踐證明，以聲發(fā)射監(jiān)測(cè)為主的綜合性地壓監(jiān)控技術(shù)是行之有效的。東盤區(qū)的空區(qū)處理方法和監(jiān)控技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)獲取的重要參數(shù)指標(biāo)，對(duì)其它礦體的開采具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

余陽先，男，廣西南丹人，高級(jí)工程師，主要從事采礦技術(shù)研究
余陽先（華錫集團(tuán)銅坑錫礦，廣西 南丹縣　547207）
毛建華（長(zhǎng)沙礦山研究院，湖南 長(zhǎng)沙　410012）
羅一忠（長(zhǎng)沙礦山研究院，湖南 長(zhǎng)沙　410012）

參考文獻(xiàn)

1，Mogi.M,Earthquake Prediction,Academic Press,Tokyo,1985.
2，毛建華等.采場(chǎng)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)新技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用.金屬礦山，1996(6).