ＩＳＳＮ　１６７１——２９００　ＣＮ　４３—１３４７／ＴＤ　采矿技术　第１２卷　第１期　

Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１　２，Ｎｏ．１　２０１２年１月　

Ｊａｎ．２０１２　

下告铁矿采空区上覆悬顶岩层稳定性研究　付占宇　（１．河源市紫金天鸥矿业有限公司，　广东河源市　，彭府华　５１７４６３；２．长沙矿山研究院，湖南长沙４１００１２）　摘　要：简要介绍了下告铁矿的开采背景、采空区形成过程及上覆岩层工程地质特征，基　于ＤＩＰＳ软件描述了采空区和矿区主要断层之间的空间几何关系，利用块体理论分析了　上覆岩层的稳定性。同时利用１２通道声发射监测系统对上覆岩层进行监测，认为上覆悬　顶岩层暂时处于相对稳定状态。　关键词：采空区；块体理论；声发射监测；稳定性分析　

１　下告铁矿矿区概况　２　基于块体理论的采空区上覆岩层稳定性分析　下告铁矿隶属河源市紫金天鸥矿业有限公司，　矿区位于河源市的东南部、紫金县城的西南部。下　告矿区地形起伏较大，最低高程１５９．６３　ｍ，最高高　程为北部的帽子栋（５３１．９０　ｍ），相对高差３７２．２７　１ＴＩ。地形坡度１Ｏ。～２Ｏ。，北部地段坡度大于２０。，属　低山丘陵地貌。　下告铁矿自投产以来，一直采用分段空场采矿　法采矿，经过几年的采矿后，全矿共有６００１、６００５、　６００９和６０１３四个采空区，且仅有＋４７　１ＴＩ、－４－６Ｏ　ｍ、　＋７５　ＩＴＩ和＋９０　１ＴＩ四个水平有采空区存在，空区底　板标高最低为＋４６．７　１２＂１，顶板标高为＋１０７　ｍ，净空　区高度２５．８～６０．３　１Ｔｌ，净空区总面积为１８９１　ｍ。，　总体积约为８．２８万ｍ。。根据公司规划，矿山＋４７　ｍ以下改用崩落采矿法，因此对采矿区进行了处理　并对矿柱进行回采。空区间柱及空区上部岩体崩落　后，形成面积约为５８５０　ｍ。的新空区。该矿区顶板　距地表约３Ｏ　ｍ，矿区第四系厚度为２０　ＩＴＩ左右，新空　区顶板岩体极可能会自然冒落至地表，形成９０００　ｍ　的陷落区。且在对下告铁矿采空区间柱和上部　岩体崩落后，采空区处于活动状态，断层Ｆ　附近出　现了大范围的崩塌。突然冒落产生的岩石冲击和气　浪会对采矿作业产生影响，同时空区顶板岩体冒落　时间及冒落规模的不确定性给矿山安全生产带来了　极大的隐患。因此，对上覆悬顶岩层的监测就显得　非常必要，对空区上覆悬顶岩层稳定性的实时监测　可以及时了解和掌握空区上覆悬顶岩层及围岩的地　压活动情况和发展趋势，从而给矿山安全生产提供　可靠的依据。　在实际工程中一般利用块体理论分析法来分析　岩体稳定性。其是根据结构面的产状等参数直接判　断相应岩体的可动性，是“几何法”分析，而且其过程　完全是三维的，所得到的结果能直接用于工程需要。　２．１上覆岩层工程地质特征　下告矿段铁矿床由矽卡岩所控制的１６个矿体　组成，主要分布在０～８号勘探线之间。矿床北东部　以Ｆ　断裂为界，南西以Ｆ　断裂为界，东部以Ｆ。断裂　为界，西部以Ｆ　断裂为界，顶部以大理岩，底部以花　岗岩为界，总体分布在７４０　ｍ×３１０　ｍ×６５０　ｍ空间　范围内。赋矿处为花岗岩外接触带的凹陷部位。矿　体总体走向２９５。左右，倾向ＳＷ。本区断裂构造发　育，影响较大的断裂构造主要有Ｆ　、Ｆ　、Ｆ　。　（１）Ｆ　断裂。Ｆ　切割了上三叠统和石炭系地　层，是下告矿体的北部和西部边界。Ｆ　断裂为具有　多期活动的张扭性断裂。Ｆ　断裂以石英斑岩贯入改　造为特征，一１００　ｍ高程以上主要充填物为石英斑　岩，宽１Ｏ～３６　Ｉｎ；产状较陡，在１～８号勘探线总体　走向２９４。～２９８。，倾向ＮＥ或ＳＷ，倾角６０。～８３。；在　倾向剖面上呈弯曲状，一１００　ｍ高程以下主要构造　岩为挤压破碎岩、角砾岩、硅质胶结的角砾岩、石英　脉，次为石英斑岩等，宽３～１２　１２＂１，走向２７５。～３０５　，　倾向ＮＥ，倾角５５。～６５。。　（２）Ｆ　断裂。Ｆ。见于矿段中部，帽子栋南侧，在　矿段内呈舒缓波状延伸，出露长度３．４　ｋｍ，以挤压　破碎带的形式产出，宽２～１８　ｍ，局部达２Ｏ多米。　断裂带倾向３４５。，倾角７Ｏ。。破碎带内见倾向为２９０。　的裂隙甚为发育。Ｆ　早期显示压性，后期显示压　４８　采矿　技朱　扭性。　（３）Ｆ　断裂。为区域性北东向合水断裂带主干　断裂之一，见于下告矿段南东侧、锡坑寨东侧，矿段　内出露长约１．５　ｋｍ，沿走向呈舒缓波状，延伸出矿　区，破碎带宽约１．５～１５　ｍ。破碎带以褐铁矿化碎　裂构造岩、糜棱岩及挤压透镜体组成。沿断裂带常　见石英斑岩、花岗斑岩等岩脉贯入。断裂倾向　１２０。～１３０。，倾角６０。～８Ｏ。。断裂两侧围岩角岩化　强烈，断裂南东盘的北西向派生裂隙中，常充填石英　球粒斑岩脉，岩脉膨缩、尖灭变化明显，故原裂隙具　张性特征。该断裂应为南东盘相对北西盘向北东斜　冲属压扭性。　２．２块体稳定性分析　影响下告铁矿采空区上覆悬顶岩层稳定性的断　层主要为Ｆ　、Ｆ　、Ｆ　，利用ＤＩＰＳ软件作出断层与采　空区边界的赤平投影图，如图１所示，并绘出空间关　系示意图（见图２）。　Ｎ　图１　采空区边界与断层赤平投影　Ｅ　图２　采空区边界与断层局部空间示意　从图１和图２可以看到，断层面和采空区边界　面之间切割成了若干个块体，由块体理论可知图２　中阴影部分为可能失稳块体。可能失稳块体是指在　工程作用力和自重作用下，由于滑动面有足够的抗　剪强度才保持稳定的块体，若滑动面上的抗剪强度　减低，这类块体可能失稳。矿山地压实际显现的情　况正好说明这一点，断层Ｆ　中有强度相对较弱的充　填物，在受采动影响、断层活动和雨水冲刷等影响　后，滑动面上的抗剪强度减弱，导致可能失稳块体发　生滑移剪切破坏，如图３所示。　

图３可能失稳块体的滑移剪切破坏　由上述分析可知：采空区上覆悬顶岩层受断层　（Ｆ　）影响，在局部已经出现滑移破坏。但是采空区　上覆悬顶岩层整体性较好，目前并没有大规模的冒　落，但随着地下采矿的进行，塌陷区范围不断增大，　采空区上覆岩层也可能会发生大规模冒落。　

３　基于多通道声发射监测的采空区上覆岩　层稳定性分析　

上述是从理论上分析了采空区上覆悬顶岩层的　稳定性，具有一定的指导作用，但是要准确地了解采　空区上覆岩层的变化情况，就必须对采空区上覆悬　顶岩层进行实时监测。基于此，下告铁矿建立了１　套１２通道声发射监测系统。　３．１　多通道声发射系统组成　天鸥矿业下告铁矿采用ＳＴＬ一１２型多通道声　发射监测系统，如图４所示，该系统主要由数据采集　仪和１２个传感器组成，数据处理站建在地表。在每　个传感器与数据采集仪之间为模拟信号传送，采用　信号电缆线相连；数据采集站与井口数据处理站之　间数据先从数字信号转换成光信号，经光缆传输至　井口数据处理站，再由光信号转换成数字信号到达　处理器。　３．２　ＡＥ监测研究　３．２．１　ＡＥ信号辨识研究　ＡＥ监测主要是监测采区岩体在开挖时围岩体　内应力集中导致岩体破裂而产生的震动信号，利用　这些监测到的前兆信号来评价岩体的稳定性。因　６２　采矿技　术　［４］王云鹏，杨胜利．露井联采边坡稳定性影响因素分析［Ｊ］．煤炭　工程，２００９（１２）．　［５］刘延佰．工程测量［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８４．　［６］刘艳辉，戴谦训，刘大安．龙潭水电站左岸蠕变体Ｂ区边坡位　移监测分析ＥＪ］．工程地质学报，２００５（２）．　

、（上接第４９页）　（２）对单个通道事件进行定期统计。对１２个　通道的事件进行定期统计，根据矿山实际情况，可每　月统计一次，并观察各个通道在统计时间范围内是　否有事件异常增加的情况。　３．３悬顶稳定性分析　下告铁矿多通道声发射监测系统于２０１１年７　月１１号建立并调试成功，经过一段时间的监测，系　统运行正常，并且能够对采空区上覆岩层稳定性进　行有效的实时监测。从这几个月的岩石声发射事件　数来看（见图１０、图１１），每个通道每天事件数在几　到几十不等，并没有特别异常的变化。说明目前采　空区上覆悬顶岩层并没有大规模的地压显现，基本　处于稳定状态。监测还发现靠近采空区附近的传感　器（如１～６号传感器）事件数明显多于远离采空区　的其它传感器。这和实际的地压显现特点相吻合。　静　蛙　＊　日期（７月份）　图１０　７月份事件数统计　７０｝　ｆ　号通道。　道　。号通道　日期（８月份）　图１１　８月份事件数统计　４　结　论　本文针对下告铁矿采空区及空区上覆岩层特　（收稿日期：２０１１－Ｕ一１７）　作者简介：李永怀（１９７４一），男，陕西扶风人，测量工程师，现　主要从事矿山测量技术管理工作，Ｅｍａｉｌ：ｌｌｙｙｈｈＯ４２６＠ｓｉｎａ．　ＣＯｍ。　征，利用ＤＩＰＳ软件和块体理论分析了空区上覆悬　顶岩层的稳定性，并利用建立的１２通道声发射监测　系统对上覆悬顶岩层进行监测。目前多通道声发射　监测系统在下告铁矿开展了初步的运用研究工作，　取得了初步成果。　（１）根据上覆岩层的工程地质结构特点，采用　ＤＩＰＳ软件和块体理论分析了上覆悬顶岩层的稳定　性，发现断层Ｆ　与采空区边界在空间上切割成可能　失稳块体，对上覆悬顶岩层的稳定性产生了较大的　影响。　（２）建立调试好的１２通道声发射监测系统，实　现了对上覆悬顶岩层的全天候实时监测。　（３）通过几个月的实际声发射监测，得到各个　通道的岩石声发射事件表现不一，但变化不大，说明　上覆悬顶岩层暂时处于相对稳定状态。　（４）随着采矿的进行，崩落范围会越来越大，采　空区上覆悬顶岩层可能会发生大规模塌陷，因此需　要坚持监测。　参考文献：　［１］李庶林，尹贤刚，郑文达，等．凡口铅锌矿多通道微震监测系统　及其应用研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（１２）：２０４８　２０５３．　［２３付占宇，彭府华．采空区上覆岩层稳定性声发射监测可行性研　究［Ｊ］．采矿技术，２０１１，１１（４）：７７—７９．　Ｅ３３刘国清．基于声发射的岩体工程灾害微震监测系统ＥＪ］．采矿　技术，２００５，５（１）：３７　３８．　Ｅ４］刘锦华．块体理论在工程岩体稳定分析中的应用［Ｍ］．北京：　水利电力出版社，１９８６．　［５］　李建勇，等．岩体稳定性分析的块体理论方法研究ＦＪ］．计算机　

工程与应用，２０１０，４６（２１）：４－８．　［６］胡静云，林峰，彭府华，等．香炉山钨矿残采空区地压灾害微　

震监测技术应用分析［Ｊ］．中国地质灾害与防治学报，２０１０，２１　（４）：１０９－１１５．　［７］李庶林．试论微震监测技术在地下工程中的应用［Ｊ］．地下空　间与工程学报，２００９，５（１）：１２２—１２８．　［８］　国防科技工业无损检测人员资格鉴定与论证培训教材编审委　员会．声发射检测ＥＭ］．北京：机械工业出版社，２００４．