声发射监测技术在大宝山矿业公司的应用

赵 兴,陈学军

(广东省大宝山矿业有限公司, 广东韶关市 512128)

声发射监测技术在大宝山矿业公司的应用

赵 兴,陈学军

(广东省大宝山矿业有限公司, 广东韶关市 512128)

广东省大宝山矿业有限公司铜业分公司针对露天境界内地下采空区的赋存状况,建立了 2套多通道全天候声发射监测系统,对重点生产地段岩体的稳固性进行 24h自动监测,为判断采空区的稳定性提供了科学依据,确保了矿山的安全持续生产。

采空区;地压监测;多通道声发射监测系统;预警预报

广东省大宝山矿业有限公司铜业分公司所开采的凡洞矿区,1958年投产至 2005年底,主要以地下开采为主,井下采空区主要分布在 31线至 51线。为了合理利用资源,于 2002年中旬开始露天建设,到 2004年底已形成 2000t/d的露天生产规模。现露天采场开采最低标高为 706m。目前对生产有直接影响的空区分布在 650水平以上,据初步统计,650水平以上空区面积达 86449m2,体积近 585034 m3,部分空区已经塌陷。随着露天生产台阶的下降,露天境界内采空区的稳定性直接影响到人员和设备的安全,形成较大的安全隐患。因此,必须采用一种较先进的监测手段,以便及时为矿区安全生产提供保障。

1 地压监测系统

对可能发生的地质灾害采取有效的监测和控制方法,以便及时采取安全措施,避免大规模灾害事故的发生。为此,公司与长沙矿山研究院合作,采用多通道声发射监测系统对重点生产地段的稳固性进行监测监控,从而有效了解采场下部采空区的稳定性,达到指导安全生产的目的。

通过对矿山生产现状及采空区进行现场调查后,最终确定本次监测在 1、2号主井安装 2套 12通道 STL-12型声发射监测系统(见图1),采用计算机系统控制,实施 24h连续监测。

图1 声发射监测系统方案

2 监测区域

(1)1号主井采空区顶板及周边区域。1号主井采空区主要分布在 45#～59#勘探线之间,470～617m中段。由于 1号主井采空区周边岩体条件较差,经数次坍塌后,目前只有 591,530,515m3个中段能进入调查,经过现场踏勘及对相关资料进行分析后,认为此处采空区仍存在继续垮塌的可能。且露天开采作业过程中产生的爆破震动及冲击波也可能造成采空区失稳破坏。因此,1号主井采空区顶板及周边区域的地压活动需要监测,尤其要防止大范围垮塌形成冲击地压灾害。

(2)2号主井采空区顶板及周边区域。2号主井采空区主要分布在 33#～51#勘探线之间,615～668m中段,位于目前主要露天开采区域的下方。由于近几年露天开采的影响,该区域除 650m中段以外的所有中段均已垮塌,无法进入。且最近几次大的塌方事件也主要位于 2号主井范围以内。因此2号主井采空区顶板及周边区域的稳固与否将直接影响到露天采场的安全生产。

3 监测结果分析

大宝山矿声发射监测系统于 2009年 3月正式投入运行时,井下采矿作业活动已完成,露天采矿活动主要集中在 35#～45#勘探线间的 697～721平台。根据 1a的监测数据,对声发射事件率、事件能率进行了统计,且结合矿山开采进度分析了地压活动的变化趋势。

3.1 监测结果统计

(1)2#、4#、6#、12#传感器主要用来监测 45#～51#勘探线间Ⅰ号采空区群的稳定性,监测结果表明这几个传感器的声发射事件基本具有相同的变化规律,均在 2009年 3～4月处于相对较高的水平,其后处于一个声发射活动相对平静期。

(2)3#、5#传感器用来监测 591m水平已部分充填的Ⅱ号采空区群的稳定性,监测结果表明这两个传感器的声发射事件变化规律基本相同,2009的3月声发射事件率明显高于正常水平,此后处于一个声发射活动相对平静期。

(3)8#、9#、10#、11#传感器用来监测 530m水平Ⅱ号采空区群的稳定性,监测结果表明 2009年 3月～2010年 2月期间,该采空区声发射事件相对较平静,采空区稳定性较好。

(4)1#、7#传感器用来监测 530,590m水平的两个较小采空区的稳定性,监测结果表明,在声发射系统正常运行的 1a内,这两个采空区所采集到的声发射事件相对较平静,采空区稳定性较好。

通过对监测系统正常运行 1a时间内的监测结果统计,结果表明:现场监测数据与井下声发射探头埋设区域的实际状况具有很好的一致性。

3.2 地压活动预测预报

从统计结果可以看出,在监测系统正常运行的1a时间内,2009年 3～4月声发射事件率明显高于正常水平。在这段时间内,通过对监测结果进行统计分析,曾对两次地压活动事故进行了预警。

(1)第一次出现声发射地压活动事件预警的中心点位于 591m水平Ⅱ号采空区周边,推测为该处采空区由于未充满,在地表露天爆破作业的影响下,产生失稳。预警区域见图2。

图2 2009年3月14日地压活动预警

通过实地调查发现,Ⅱ号采空区于 2009年 3月14日中午 12:30左右产生较大范围垮塌现象,塌落岩体约 4000m3。

(2)第二次出现声发射地压活动事件预警的中心点位于 591m水平Ⅰ号采空区周边,推测为该处存在较大范围的未处理采空区,受地表露天爆破作业的影响,产生失稳、顶板垮落。预警区域见图3。通过实地调查发现,591m水平Ⅰ号采空区于 2009年 3月 29日下午 19:20左右产生大范围冒顶现象,塌落岩体约 10000m3。

图3 2009年3月29日地压活动预警

通过监测结果与现场调查结果的对比分析可以看出,监测结果真实可靠,可以作为指导矿山安全生产的依据。

4 结 论

(1)针对大宝山矿生产现状及采空区现场调查情况,建立了 2套 24h实时声发射监测系统,为判断井下采空区稳固情况提供可靠的科学依据。

(2)通过对大宝山矿 1a内声发射监测结果进行统计分析,对监测时间段内的地压活动进行了有效预测预报。与现场调查结果对比分析可得,监测结果准确可靠,可以作为指导矿山安全生产的依据。

[1] 邹永东,张 宣,余其新.大宝山矿志第二卷[R].韶关:广东省大宝山矿业有限公司,2008.

[2] 唐绍辉.AE法地应力测量技术在金属矿山中的应用[J].矿业研究与开发,2002,22(4):18～20.

[3] 唐绍辉,潘 懿,黄英华,等.深井矿山地压灾害微震监测技术应用研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(Z2):3597～3603.

[4] 陈颂文.广西某矿特大采空区稳定性的监测[J].采矿技术,2009,9(2):22～23.

2010-07-05)

赵 兴(1984-),男,湖南永洲人,助理工程师,主要从事于露天采矿技术工作及采空区处理。