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1　基本概況
獅子山銅礦西獅子山礦段Ⅱ～Ⅴ礦體大空區(qū),是由4條盲礦體合并開采逐漸形成的,空區(qū)圍巖堅固穩(wěn)定,但在大空區(qū)下部礦體繼續(xù)采用階段崩落法回采,如不采取安全有效的技術措施,不掌握大空區(qū)的活動規(guī)律,就會給下部采礦作業(yè)帶來很大的安全隱患。為此,1980年6月我礦委托馬鞍山礦山研究院開展大空區(qū)頂板穩(wěn)定性研究工作,在研究中提出了大空區(qū)監(jiān)控的五條安全技術措施,即:①在大空區(qū)范圍內的地表及坑下建立位移、壓力及水位變化監(jiān)測系統;②大空區(qū)頂板開設“天窗”;③大空區(qū)下部留40m厚的礦石墊層;④大空區(qū)地表圈定移動帶范圍,并設安全警戒標志;⑤在大空區(qū)內留一條寬為25～28m(上窄下寬)的連續(xù)保安礦柱,并將大空區(qū)再分為大小兩個空區(qū)。以上安全防范技術措施逐步在我礦得以實施,為穩(wěn)定我礦開采起到了較好的作用。但是,盡管我礦采取了以上措施,隨著我礦不斷向深部開采,采空區(qū)日益擴大,截止1998年6月30日空區(qū)體積:大空區(qū)約15616萬m3,小空區(qū)約為5311萬m3,合計為20917萬m3。且我礦在1995年為了緩解可采礦量日益減少的矛盾,更多地回收有限的礦石資源,提出了對西山礦段17#礦柱Ⅴ#-2及Ⅴ#-3礦體進行了試采的設想,并得到公司的同意,為此我礦又與馬鞍山礦山研究院合作開展17#礦柱試采及空區(qū)穩(wěn)定性研究工作。通過幾年的科研工作,由于采取了一些比較合理的安全技術措施,使得17#礦柱回采礦量約50萬t,取得了較好的經濟效益,同時對空區(qū)穩(wěn)定性的認識有了進一步的提高。

2　大空區(qū)安全監(jiān)控體系的建立
我礦大空區(qū)監(jiān)測的目的是對空區(qū)頂板在17#礦柱開采后的地壓活動情況進行綜合評判,不斷分析大空區(qū)的穩(wěn)定情況,確保17#礦柱試采工作的順利進行和獅子山銅礦的正常安全生產。
2.1　大空區(qū)頂板監(jiān)測系統
大空區(qū)頂板監(jiān)測系統包括地表觀測系統和+50m平巷觀測系統兩部分。地表觀測系統包括深部基點、水準測量、鉆孔水位觀測、空區(qū)高度及墊層厚度觀測。+50m平巷觀測系統包括巷道底板沉降觀測、裂縫觀測和地音儀探測。建立以上大空區(qū)觀測系統,可以較為全面地反映大空區(qū)地表和頂板的變化情況。
2.2　17#礦柱監(jiān)測系統
17#礦柱原來是作為確?？諈^(qū)穩(wěn)定的安全技術措施之一,此次由于是開采的對象,所以我們在保留了原來的一些監(jiān)測手段后,增加了一些新的地壓監(jiān)測手段,形成了一個完整的17#礦柱監(jiān)測系統。
采用大應變計觀測17#礦柱水平應力的變化,小應變計觀測17#礦柱垂直應力的變化。同時在礦柱中的巷道內及礦柱與空區(qū)接合部埋設壓力傳感器和片幫儀,加上單向光彈片、收斂測點等輔助手段,形成較為完整的17#礦柱監(jiān)測系統,使其可以全面地了解17#礦柱的應力變化、受力狀態(tài)及變形情況。

3　大空區(qū)監(jiān)測結果分析
根據以上建立的大空區(qū)安全監(jiān)控體系,并以此指導我們進行了空區(qū)下部和17#礦柱的回采。通過4年的系統監(jiān)測,結合1995年以前的監(jiān)測資料進行綜合分析,基本掌握了17#礦柱回采過程中空區(qū)的活動情況,以及17#礦柱應力變化情況。
(1)空區(qū)周圍圍巖穩(wěn)固且完整性較好,目前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。根據地質調查和節(jié)理裂隙統計,圍巖的f值為12～18,節(jié)理裂隙密度僅為0112～0137條/m,RQD(取樣完好率)值大于95%,礦巖可崩性屬于非常差的一級。從空區(qū)頂板監(jiān)測系統捕獲的相關信息表明,空區(qū)頂板沒有發(fā)現異常現象,其變化值(位移、壓力及水位等)幾乎為零,也未發(fā)現明顯的冒落。
(2)17#礦柱應力測量和現場宏觀地壓觀測結果表明,17#礦柱不但承受空區(qū)上盤頂板的來壓,而且在下盤部分礦體試采后,分布在17#礦柱的壓力不斷地向預留礦柱和上下盤巖體中轉移,轉移速度隨爆破量的增減有關。在每次爆破后,預留礦柱內壓力急劇增加,隨后趨于穩(wěn)定。

4　大空區(qū)安全監(jiān)控體系的評價
根據獅子山銅礦大空區(qū)存在的現狀建立的大空區(qū)安全監(jiān)控體系,通過十幾年的日常監(jiān)測和捕獲相關信息分析,并將其在礦山開采中加以應用,不僅為我礦安全開采空區(qū)下部的礦石,同時還把17#礦柱設計可采礦量的60%左右得以安全回收。而且還節(jié)約了大量的空區(qū)處理費用,為我礦近二十年來穩(wěn)定生產起到了極為重要的作用,帶來了巨大的經濟效益和社會效益。同時這種安全監(jiān)控系統還在國內類似礦山(如河北壽王墳銅礦等)推廣應用。大空區(qū)安全監(jiān)控體系具有以下特點和作用。
(1)獅子山銅礦建立的大空區(qū)安全監(jiān)控系統,通過近20年的正常運轉,表明采用頂板鉆孔深部基點、地表水準測量、鉆孔水位觀測、空區(qū)頂板冒落觀測、+50m平巷頂板下沉觀測、裂隙擴展觀測、地音儀、壓力傳感器和片幫儀等為主要監(jiān)測手段的空區(qū)及礦柱回采安全監(jiān)控系統,配以光應力計、單向光彈片、大小應變計、巷道收斂計等輔助監(jiān)測手段,較為全面地對獅子山銅礦空區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測,實踐證明也是行之有效的。
(2)空區(qū)頂板監(jiān)測結果表明,目前空區(qū)頂板仍處于相對穩(wěn)定狀態(tài),符合目前實際。
(3)17#礦柱監(jiān)測結果表明,17#礦柱不斷承受上盤的壓力,且壓力不斷地向預留礦柱和上、下盤巖體中轉移。為此,我們采取了相應的安全技術措施,對預留礦柱的結構形式進行了適當修改,在水平斷面上由長方形形狀改為“墻角”式,在-137m～-160m水平之間留一水平礦柱(經核實該水平礦柱礦量較少,可以不采),其主要作用是對該預留礦柱起一定的支撐作用。
(4)監(jiān)測中發(fā)現爆破對空區(qū)和礦柱影響較大。據此我們在礦柱回采中的爆破設計及實施過程中采取了一些減震措施和預裂爆破技術,實踐證明起到了較好的作用。

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