基于聲發(fā)射預(yù)警準(zhǔn)則的柿竹園礦地壓預(yù)警研究＊

尹彥波,李愛(ài)兵

(長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

基于聲發(fā)射預(yù)警準(zhǔn)則的柿竹園礦地壓預(yù)警研究＊

尹彥波,李愛(ài)兵

(長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

為確保柿竹園礦井下中深孔特大爆破的安全,建立了專項(xiàng)地壓監(jiān)測(cè)網(wǎng)及地壓預(yù)警系統(tǒng)。介紹了特大爆破地壓監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域的測(cè)點(diǎn)布置,采用自主開(kāi)發(fā)的監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)特大爆破裝藥前、特大爆破后的礦巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)警分析,為下一步礦山的工程布置和回采提供了技術(shù)基礎(chǔ),有效地指導(dǎo)了礦山安全生產(chǎn)。

地壓監(jiān)測(cè);聲發(fā)射;監(jiān)測(cè)預(yù)警;穩(wěn)定性分析

柿竹園多金屬礦區(qū)自 2006年以來(lái)實(shí)施了多次大爆破,本次特大爆破范圍為 558～603 m中段,區(qū)域?yàn)?K2-4、k3-2/3、k3-3/4和 k4-3/4。由于K3-4/5和 K4-3/4大空區(qū)緊鄰,爆破區(qū)域及周邊的地壓顯現(xiàn)越來(lái)越顯著,礦柱片幫、剝離和開(kāi)裂等地壓顯現(xiàn)增多,進(jìn)行特大爆破區(qū)域及周邊的地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警工作勢(shì)在必行,因此,圍繞爆破區(qū)域周邊進(jìn)行地壓監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工,實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用預(yù)警準(zhǔn)則及先進(jìn)的預(yù)警模型進(jìn)行預(yù)警分析,得出監(jiān)測(cè)區(qū)穩(wěn)定性預(yù)警結(jié)果,有效指導(dǎo)了礦山安全生產(chǎn)。

1 特大爆破地壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為了確保特大型爆破施工過(guò)程和爆破前后的安全,也為獲取爆破后礦巖體穩(wěn)固性和確定應(yīng)力轉(zhuǎn)移區(qū)域及大小,本次地壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)圍繞特大爆破而進(jìn)行。其監(jiān)測(cè)方法主要為聲發(fā)射和鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)兩種,以聲發(fā)射監(jiān)測(cè)為主。

為確保特大爆破安全、順利進(jìn)行,在爆破區(qū)域及周邊進(jìn)行了專項(xiàng)地壓監(jiān)測(cè)及預(yù)警研究,在爆破區(qū)域及周邊詳細(xì)設(shè)計(jì)了地壓監(jiān)測(cè)控制點(diǎn) (聲發(fā)射監(jiān)測(cè)點(diǎn)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)),并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行預(yù)警分析。重點(diǎn)區(qū)域典型地壓監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)布置見(jiàn)圖1、表1。

2 柿竹園礦特大爆破地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警

特大爆破前,設(shè)計(jì)建立了完善的地壓監(jiān)測(cè)網(wǎng),運(yùn)用便攜式聲發(fā)射儀、應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與采集,通過(guò)柿竹園地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入 SQL2000數(shù)據(jù)庫(kù),并經(jīng)由預(yù)警軟件對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警分析,提出預(yù)警指標(biāo),指導(dǎo)礦山安全生產(chǎn)。

表1 爆破區(qū)域及周邊重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖1 536 m中段特大爆破地壓監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域

作者對(duì)柿竹園多金屬礦地壓活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了多年研究總結(jié)和地壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,得出了在柿竹園礦條件下的礦巖體穩(wěn)固性聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)警臨界值,圖2為柿竹園多金屬礦巖體失穩(wěn)聲發(fā)射事件率判斷準(zhǔn)則線,圖3為柿竹園多金屬礦巖體失穩(wěn)破壞聲發(fā)射事件率預(yù)警值區(qū)間圖。

圖2 巖體失穩(wěn)聲發(fā)射事件率判斷準(zhǔn)則線

圖3 巖體失穩(wěn)破壞聲發(fā)射事件率預(yù)警值區(qū)間

2.1 特大爆破裝藥前的地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警

根據(jù)特大爆破的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域,選取重點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn),由自主開(kāi)發(fā)的預(yù)警軟件,調(diào)取每個(gè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警分析。

圖4為特大爆破裝藥前 536 m中段地壓監(jiān)測(cè)各點(diǎn)聲發(fā)射事件監(jiān)測(cè)值曲線,從圖4可知最大事件為5次 /10 min。綜合對(duì)比圖2和圖3,事件率小于 1次/min的片幫臨界值。因此得出目前 536 m中段爆破區(qū)域內(nèi)礦巖體是相對(duì)穩(wěn)定的,巷道圍巖體不會(huì)產(chǎn)生大的冒落。

圖4 536 m中段爆破區(qū)域內(nèi)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)事件值曲線

特大爆破裝藥前,558 m中段地壓監(jiān)測(cè)各點(diǎn)聲發(fā)射最大事件為 5次/10 min,586 m中段聲發(fā)射最大事件為 3次 /10 min。由圖2、圖3可以判斷得出其巷道圍巖體不會(huì)產(chǎn)生大的冒落。

通過(guò)爆破裝藥前,即 2009年 11月 19日～2010年 1月 5日,對(duì)本次特大爆破區(qū)域內(nèi)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)分析,得出的結(jié)論為:裝藥前爆破區(qū)域內(nèi)礦巖體的穩(wěn)定性較好,不會(huì)產(chǎn)生大的冒落。實(shí)際狀態(tài)與統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果一致,在現(xiàn)場(chǎng)未產(chǎn)生任何礦柱垮塌或頂板冒落事故。

2.2 特大爆破后礦巖體聲發(fā)射預(yù)警分析

特大爆破后,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出:爆破區(qū)域范圍外的監(jiān)測(cè)點(diǎn)事件數(shù)較少且接近于 0次/16 min,因此選取爆破區(qū)域臨近周邊的有代表性的、聲發(fā)射信號(hào)明顯的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。

558 m中段選取的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)為 S1756(P5/K4-3)、S1825(P3/K2-5)、S1784(P4/K4-5)、S1785(P4/K4-6);586 m中段選取的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)為 S868(P4/C6)、S1917(P3/K3-6)、S881(P5/K4-3)、S1920(K2-5/6)。

通過(guò)柿竹園多金屬礦地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件,查詢并導(dǎo)出將要分析的監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù) (見(jiàn)圖5)。通過(guò)對(duì)爆破區(qū)域周邊聲發(fā)射監(jiān)測(cè)點(diǎn)事件率的統(tǒng)計(jì),得出聲發(fā)射事件率變化曲線,如圖6、圖7所示。根據(jù)本次特大爆破后的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)結(jié)果,結(jié)合前期地壓研究的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)則,558 m、586 m中段的預(yù)警結(jié)果為:

圖5 地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件實(shí)時(shí)查詢和導(dǎo)出監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖6 558 m中段爆破區(qū)域聲發(fā)射事件率曲線

(1)558 m中段。其聲發(fā)射監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:周邊大部分區(qū)域的聲發(fā)射次數(shù)較低,礦巖體的穩(wěn)定性較好,但是周邊部分礦柱在大的構(gòu)造、應(yīng)力轉(zhuǎn)移及結(jié)構(gòu)面作用下會(huì)片幫冒落。如 P3/K2-5的 S1825聲發(fā)射監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)處于片幫范圍內(nèi),P5/K4-3的S1756處在破壞準(zhǔn)則邊緣,其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均在片幫準(zhǔn)則線之下。

圖7 586 m中段爆破區(qū)域聲發(fā)射事件率曲線

(2)586 m中段。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)均在片幫準(zhǔn)則線之下。

從監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果來(lái)看:558 m、586 m中段周邊大部分區(qū)域的聲發(fā)射次數(shù)較低,礦巖體的穩(wěn)固性較好,不會(huì)有大的垮塌、冒落等地壓災(zāi)害。但是,綜上所述,特大爆破后,在應(yīng)力集中和應(yīng)力轉(zhuǎn)移作用下,局部會(huì)產(chǎn)生片幫及小冒落,受大的構(gòu)造、應(yīng)力轉(zhuǎn)移及結(jié)構(gòu)面作用,個(gè)別礦柱會(huì)片幫冒落,甚至垮塌。

3 結(jié) 論

結(jié)合作者前期在柿竹園多金屬礦地壓研究中所得出的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)預(yù)警準(zhǔn)則,對(duì)柿竹園多金屬礦本次特大爆破前、后的地壓變化及監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行了研究,分別提出了特大爆破前的預(yù)警及特大爆破裝藥期間的監(jiān)測(cè)及預(yù)警分析結(jié)果,預(yù)警分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)地壓顯現(xiàn)實(shí)際情況一致,對(duì)柿竹園特大爆破的安全工作起到了積極的指導(dǎo)作用,確保了本次特大爆破安全、順利實(shí)施,消除了各級(jí)人員對(duì)地壓災(zāi)害隱患的擔(dān)憂,為礦山下一步開(kāi)采的工程布置及地壓控制提供了依據(jù)。

[1] 柿竹園連續(xù)開(kāi)采特大爆破專項(xiàng)地壓監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙礦山研究院,2010.

[2] 尹彥波.基于預(yù)警模型機(jī)制的礦山地壓災(zāi)害預(yù)警程序系統(tǒng)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2010,30(2):86～89.

[3] 李愛(ài)兵.基于 GIS的金屬礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2006,26(S1):131～135.

[4] 尹彥波.巖石失穩(wěn)與地壓災(zāi)害預(yù)測(cè)的非線性動(dòng)力學(xué)分析研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙礦山研究院,2006.

[5] 王來(lái)貴,黃潤(rùn)秋,張悼元,等.滑坡災(zāi)害發(fā)生的動(dòng)力學(xué)模型[J].自然科學(xué)學(xué)報(bào),1998,8(3):224～227.

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國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題(2006BAB02B05);科技部科研院所社會(huì)公益研究專項(xiàng)(2005D I B3J233).

2010-06-21)

尹彥波 (1980-),男,湖南新化人,碩士,工程師,主要從事巖土工程研究、礦山地壓災(zāi)害預(yù)警研究,地質(zhì)災(zāi)害治理與設(shè)計(jì)工作,Email:yyb@cimr.com.cn。