铜坑矿地压管理与监测预警实践

兰 虎

(广西华锡集团股份有限公司铜坑矿, 广西 南丹县 547207)

0 概 况

矿山生产中各环节的安全管理非常重要，尤其是金属矿山地下开采中，地压管理是矿山生产搞好安全工作的技术关键。因矿山采空区地压活动及顶板失稳等问题，对人员和设备造成安全危害，发生的安全事故占了矿山安全事故的很大比例，如果管理不善，则严重制约矿山安全环保和经济效益。

地压管理主要包括矿山地下开采中的顶板管理和采空区地压活动监控等方面，旨在日常生产中对地压活动进行监控，预防因地压活动对生产的影响和安全危害，提高安全性和促进生产。基于广西大厂矿区及同类矿山生产实际，尤其是铜坑矿多年来的管理经验，要做好地压管理工作，为采矿生产提供良好的安全技术条件，首先要建立健全地压管理制度，同时需要有相应的监测监控技术手段，实时对可能发生的地压活动危害进行监测预警。

自铜坑矿建矿以来，经过多年的开采，井下空区量不断增加，井下地压活动日益严重，井下岩层移动范围不断扩大，致使地表出现塌陷坑或沉降盆地，凸显的问题也越来越多，对井下正常生产和生产安全的影响逐步加大，井下巷道变形、冒顶，矿柱承压过载垮塌等情况逐步出现且日益严重，矿山地压监测监控及预警分析工作亟待解决。因此，铜坑矿建立了一支有多种专业人才的专职地压监控队伍，负责矿山井下地压的日常监测分析预警及地表岩层移动的监测工作，地压组多次的预警预报保证了井下人员设备及时撤离，避免了人员损伤和设备财产损失，为矿山生产安全提供了很大程度的保障，提高了矿山安全生产水平。

1 铜坑矿地压管理的机构建设与地压监控模式

(1) 建立地压监测专业技术队伍和有效的管理机制。为了有效应对井下日益严重的地压问题，铜坑矿与长沙矿山研究院有限责任公司合作，按照矿山监测监控系统相应规范设计布置监测网络，并成立了专职地压监控小组，长期负责铜坑矿井下地压活动和地表岩层移动的监测、监控及预警分析。

(2) 建立和逐步完善了顶板管理和地压监测监控制度。在开采初期和以后的各个阶段安装和补充监测设备，对井下地压活动较活跃的局部区域进行现场巡查、安装滑尺、裂缝标定、对比拍照、布设水准点等监测，并购买了较先进的DYF-2型智能声波检测仪和多通道声发射监测仪对岩体破坏情况进行监测；在地表布设了简易的岩移监测网。

(3) 在初期地压监测工作基础上，逐步扩大监控范围，增加监测设备，不断完善地压监测方法。根据铜坑矿年度采掘计划，结合各采场开采顺序、采矿方法、采充现状等，确定网络扩建范围和重点监测区域，采用多套地压监测设备，包括SDL-12和STL-24声发射与微震监测系统等，实现对区域地压的有效预警与控制；根据井下数值模拟计算结果，进行应力应变状况及塑性破坏区域的计算分析，并预计下一步各中段地压活动趋势，为围岩稳定性监测分析需要布点位置提供科学依据；根据历年来地压监测技术研究成果，采用了远程声发射地压监测、井下岩体应力变化监测、岩体位移与巷道收敛监测、顶板离层与水准沉降监测、地表岩移测量监测、岩体裂缝测量监测、现场巡检监测、摄影监测、地质构造宏观调查分析等多种有效监测手段，逐步形成了有自身特点的综合性地压监测网络，实现了铜坑矿大范围地压监控与地表岩移监测预警。

2 相应技术方法的不断改进

(1) 进行监测系统的更新改造，实现监测设备高效运转。随着铜坑矿生产的进展，地压监测网络不断扩大，监测设备大量增加，由于井下环境条件复杂，监测设备易遭到采掘运输设备、生产爆破、自身质量、人为损坏等因素影响，无法正常工作，导致监测数据间断，连续性差，无法准确进行井下地压态势的分析预测，为实现地压监测设备高效运转，采取了挂牌警示、更改或隐蔽通讯线路、变更传感器安装方法、及时升级更新监测系统软硬件、定期设备保养、制定井下地压监测设备保护制度等措施，并根据主要生产区域的变化进行通讯线路变更优化。井下大部分地压监测线路都是挂在巷道的风、水、电挂钩上使用，井下大部分风、水、电挂钩高度仅为1.5～1.8 m左右，在运输设备可能碰撞高度范围内，由于监测线路硬度不及风水管强，即使发生轻微摩擦，也会造成线路撞断或致线路损坏，经研究决定采用金属膨胀钩重新施工线路挂钩，更改线路布设高度，将原来布设不合理的线路重新挂置膨胀钩上，不得有悬吊现象，线路挂置要求整齐，并在线路上悬挂“地压监测线路 请勿破坏”警示牌，提示过往运输设备注意，实现地压监测线路专线专挂钩，不与其它电缆及风水管共同使用挂钩，便于日常维护检查；针对传感器耦合程度低，监测效果差这一问题，地压监控人员专门设计并制作了传感器安装杆和耦合介质推杆，采用全耦合剂耦合方式安装传感器，并用水泥将安装孔完全封闭，既提高了传感器的数据采集质量，又有效降低了传感器的外围干扰。

(2) 及时升级更新监测系统软硬件，并进行定期设备保养。铜坑矿每年与长沙矿山研究院等科研院所合作，对监测系统的软硬件进行升级更新，保持监测设备软件的稳定性和硬件的可靠性，并根据实际监测需要补充相应的仪器设备，在局部地压活动剧烈区域增强监测，增加针对性强的设施设备和其他辅助监测手段。

(3) 制定和完善井下地压监测设备保护制度，及时修复受损设备。铜坑矿井下地压监测设备井下部分建立集中监测室，采用专用电缆、通讯线和电源，实行分区管理，实行在线网络监测，设施受损破坏后，地表地压工作人员可第一时间获知，并及时派出监测维护人员进行现场修复。

3 地压监测制度的逐步完善

为全面、有效地收集各种地压活动信息，系统地监测和分析矿区地压活动发展趋势，积极制定相应的监控和预防措施，控制井下地压活动的危害，确保安全生产，制定了铜坑矿地压监测工作管理制度。针对日常地压技术工作、现场地压工作、地压资料管理、地压活动汇报、监测仪器、网络管理、业务培训等方面制定了详细的要求。

(1) 地压监测技术工作制度。对宏观地压：根据矿年度生产规划以及上年度的地压工作总结，制定、编制相应的年度地压工作规划，报上级部门审批执行；年度内进行1～2次矿区次生应力数值模拟计算，分析和研究矿区地压活动的发展变化规律，指导地压监测、预报与控制工作。每个季度对当前矿区空区总体分布、地压活动监测情况进行整理，并由矿部组织矿相关技术人员定期召开地压专题会议，分析当前地压活动的影响因素，内部评价各区域地压活动级别，分级划分管理区域，制定相应的监测和预防措施。区域地压：根据不同级别的地压管理区域，设计监测方法并组织实施，适时根据监测结果分析、预报地压活动状况；采场地压：根据采场设计的地压控制方法执行监控，根据采场地压活动的发展变化，可补充必要的监测手段。

(2) 现场地压监测工作制度。在保证安全的前提下进行现场地压工作，严格按照制定的不同区域监测周期执行日常监测，并做好细致完整的监测数据记录。

(3) 地压资料管理制度。建立地压资料电子档案库，定期对地压资料电子档案进行刻录保存；按照区域或采场分别建立单独的地压活动档案，记录其地压活动的发展变化状况；根据回采进度或地压活动变化情况，适时更新地压资料，包括空区变化图、文字说明等。

(4) 地压活动汇报制度。正常汇报：定期(半月)对地压活动区的监测情况进行分析总结，并形成书面材料(简报)上报有关领导、安全和生产组织部门。异常汇报：据地压活动的显现程度、影响范围、危害程度，将地压活动异常分为高级、中级、初级3级，实施动态监测管理与上报。

(5) 监测仪器、网络管理制度。专人专区负责设备的及时维护，确保监测系统网络正常高效运转，并定期对地压监测设备设施进行养护作业。

(6) 地压监测业务培训制度。定期进行地压专职监测人员基本技能培训和安全培训，达到熟练掌握各种监测仪器的使用与维护，正确描述与记录现场地压现象，进行图纸资料的更新与说明，具备地压活动的辨识能力与分析能力。

4 地压监测与安全管理水平不断提高

4.1 地压监测数据处理分析

现场实测积累的大量数据是进行地压动态分析研究最基本和最重要的资料，如：沉降量、岩音事件数及事件率、裂缝发展趋势及曲线图、空区各时段的基础状况、地表陷落区各塌陷坑的变化情况等等，采用图形文件和表格文件分类存储的方式，并建立地压动态数据库进行科学有效的管理，可以更方便、直观、科学的运用现场数据进行分析和地压活动趋势判断。应用专业软件和辅助软件，结合矿山岩石力学理论，对各类监测数据进行分类汇总，再依据日常检查情况进行综合分析。地压监测预警过程示例:

第一步,数据分析。例如，560水平三盘区空区顶板活动趋势分析。从图1分析可知：自2008年5月开始，560水平三盘区10#线空区顶部出现较明显的整体沉降加速现象，结合声发射监测结果(5月之前该区域就出现岩音频繁现象，岩体开始破坏)和现场检查情况，分析认为该区域岩体尚未达到整体塑性变形的程度，还具有一定的稳定支撑能力，应密切监测岩体的稳定性和区域作业安全情况，加快完成空区治理工作，避免岩体发生急速破坏造成激烈的地压活动。

图1 560水平三盘区空区顶板沉降观测数据发展趋势

第二步，监测数据汇总分析结果与汇报。定期组织召开地压专项分析会，对近期地压活动情况作汇报，使日常地压动态分析可以做出全面、准确、迅速和可靠的客观判断，并及时反馈至安全生产管理系统。

通过整体和区域性地压监测的有机结合，综合分析监测数据的量变及其曲线趋势、属性变化等指标，对监测区域的地压活动性质进行预测预警，准确预报地压活动、发出预测预警多次(见表1)。

表1 近年铜坑矿部分地压监测预报预警

近年来，通过每天的监测数据分析结果，进行了地压活动的实时监测，提出了有效安全防范措施和建议，及时指导矿山安全生产，避免了矿山地压活动灾害导致的人身、设备事故，为矿山生产安全、采矿的优化设计和安全出矿提供了科学依据。

4.2 不断完善地压管理制度

铜坑矿多年坚持定期进行地压监测分析和汇报制度：一是每半月对地压活动区的监测情况进行分析总结，编制地压监测简报，上报集团公司和矿山主管领导、安全和生产组织部门；二是每个季度初全矿组织召开地压工作专题会议，对当前矿区空区总体分布、地压活动监测情况进行数据分析，与长沙矿山研究院有限责任公司联合进行矿区次生应力和危险区域数值模拟计算，分析当前地压活动的影响因素，评价各区域地压活动级别，根据危险程度分3个监测等级进行管理，制定相应的监测和预防措施。

通过加强地压活动监测预报，对灾害险情监测监控和及时预警,逐步进行标准化管理，加强日常地压管理工作，及时发现每个时期的地压显现和危害，通过监测数据的连续性分析和现场检查判断安全状况，以及处于地压活动的哪个时期、是否能进行治理，确定支护工程施工方法和时机，从根本上消除安全隐患，并通过优化开采设计和地压治理，大大提高了资源回采率和安全水平，取得了良好绩效。

5 结 论

(1) 铜坑矿多年的开采导致了井下地压活动加剧，局部地压显现严重、岩体破坏程度大，部分采场垮落冒通至地表，形成了矿山和谐平稳安全发展与井下安全威胁增大的矛盾，地压管理显得非常重要。为此，矿山企业建立了由多专业人才组成的专职地压监控队伍，开展井下地压的日常监测分析预警及地表岩层移动监测工作，并发出了多次预警预报，保证了井下人员设备及时撤离，避免了人员损伤和设备财产损失，取得了积极有效的地压控制效果。

(2) 经多年精心建设，铜坑矿多年与科研单位合作，形成了具备自身特点的综合性地压监测技术，并在实际监测过程中不断进步完善，为矿山生产安全提供了很大程度的保障，有效提高了矿山安全生产条件，得到了同行的认可和部分借鉴，为同类矿山相似问题的解决提供了的经验。

(3) 通过不断完善，形成了具备铜坑矿特色的地压监测监控制度。对井下不同地压情形采取具有强针对性的不同的组合监测方法体系和监测周期，形成了以地压监测、分析预警、安全监控、动态管理为核心的地压监测管理机制。

(4) 实践证明，矿山成立地压监测专门机构，做好地压监控基础建设与维护，安排地压监测与安全管理专职人员，采取地压监测多种手段，采集多类别的地压监测基础数据进行综合分析，可以达到地压管理和险情预警的技术目标，为矿山安全生产创造良好的技术条件。