巖體移動的預(yù)報和探查

1、工程地質(zhì)學(xué)報告學(xué) 院 資源與土木工程學(xué)院 班 級 采礦1001 任課教師 于明旭 姓 名 趙一凡 學(xué) 號 20101234_ 2010年 10月 10日 巖體移動的預(yù)報和探查隨著地下礦山的開采深度的加深,特別是巖體移動所致礦山災(zāi)害的頻繁出現(xiàn),巖體移動的地質(zhì)因素影響問題,愈加引人注目,并已成為許多礦山面臨的重要問題。巖體移動會引起人身、設(shè)備的安全事故，會造成采礦設(shè)施的破壞。進行巖體移動規(guī)律的研究，其目的是運用這一規(guī)律，提出巖體移動的預(yù)報、采取措施、減少損失。巖體移動的其他事物的發(fā)展一樣，是有規(guī)律可循的，總是一個由漸變到突變、由量變到質(zhì)變的過程，因此提出巖體移動預(yù)報也是有可能的。巖體移動大體上經(jīng)過

2、初期變形階段（或稱巖體移動的預(yù)兆階段）、局部移動（可稱為大規(guī)模移動的突破口）到大規(guī)模移動階段、相對穩(wěn)定階段等。抓住各階段活動的特點，就可以從其最初的現(xiàn)象，作為發(fā)出預(yù)報的有利時機。提前進行包括必須的工程手段在內(nèi)的地質(zhì)因素調(diào)查及分析，對不同采掘狀況的區(qū)段作出穩(wěn)定程度分析，不僅有利于包括地壓管理在內(nèi)的礦山技術(shù)管理，也可避免，減少一些不必要的經(jīng)濟損失和人員傷亡。國內(nèi)外許多礦山的事件也證明地質(zhì)因素影響評價的重要性。1963年8月19日至25日在弓長嶺礦山后臺區(qū)東部發(fā)生的巖移活動，就是在事先毫無預(yù)料，更無措施的情況下發(fā)生的。鐵山垅，畫眉坳等鎢礦發(fā)生的巖移，造成了大量采場停采；盤古山鎢礦，在回采埋藏深度40

3、0m礦段時，于1967年9月發(fā)生大規(guī)模巖移，除了4個中段、7條生產(chǎn)系統(tǒng)被破壞和造成礦損外，價值200余萬元的器材、設(shè)備、均陷入巖移區(qū)。與弓長嶺礦山地質(zhì)條件類似的原蘇聯(lián)北佩斯鐵礦，也發(fā)生類似問題，甚至埋藏深度250m的礦塊，也有27.3-39.8%的底部采準巷道全部破壞。一、巖體移動的征兆1.初期變形階段的征兆 局部的或大規(guī)模的巖體移動，在劇烈運動前都有其征兆，例如：（1）巖層發(fā)響：這是巖體移動的早期現(xiàn)象，從某個中心位置向外逐漸擴大，神像的次數(shù)由少到多，移動前數(shù)日可急劇增加。如錫礦山的一次巖體冒落即將發(fā)生前，每分鐘聲響達70次以上。弓長嶺鐵礦二礦區(qū)一次巖體移動前幾天，平均每日194次聲響，其中的

4、后臺溝區(qū)140米中段，移動前幾個月就有聲響發(fā)生。收聽巖石聲響出來人工進行外，最好使用拾震儀或者拾音儀裝置，將各個監(jiān)視點的放大及記錄裝置集中到一個安全地段的觀測室內(nèi)，以便及時察覺各點的變化與整個移動的關(guān)系。印象的統(tǒng)計分析，可用一個專門的音響觀測序列圖表進行，以時間為橫坐標，音響的次數(shù)為縱坐標，用以衡量分析音響的頻繁程度。（2）頂板掉塊次數(shù)增加：發(fā)生音響的同時，碎塊巖石墜落的現(xiàn)象也逐漸又少至多。錫礦山的中部，在巖體移動前三個月就已經(jīng)開始掉塊。臨近頂板冒落時掉塊次數(shù)劇增至每小時達20次。其統(tǒng)計分析方法和音響分析法相同。（3）巷道出現(xiàn)細微裂縫，并不斷加寬：此時可用鉛油標出觀測點，觀察與測量其變化，并可

5、用以圖表顯示縫寬度變化（可以縱坐標表示寬度變化，橫坐標表示時間）。若裂縫寬度寬度急劇增加，則意味著巖體移動即將發(fā)生。裂縫如果不是屬于張性的而是剪切性質(zhì)的，同樣可以用上述方法進行分析，只需將相對水平錯距表示在縱坐標上。為了測定巷道頂?shù)椎南鄬ν嵝钡腻e動距離，可在天井頂板懸掛一個有垂線的錘球，對準地板一個固定標志，觀察錯動方向，以測定其錯動的距離，也可用上述同樣的方法進行分析。（4）巷道底板流水的變化：巷道底板流水突然干涸，水流方向改道，頂板突然漏水，巷道遠處鑿巖的風(fēng)鉆聲音突然聽到等，都是巖體初級變化所可能引起的。弓長嶺鐵礦20米中段，突然聽到180米中段的鑿巖機打眼的聲音（一般情況下只有垂高30米

6、的距離內(nèi)可聽到，當(dāng)在兩個地段之間有裂縫聯(lián)通時才出現(xiàn)高差160米的情況下聽到鑿巖機工作聲音），在第二天就出現(xiàn)巖體移動。（5）動物活動反常；弓長嶺鐵礦歷次出現(xiàn)規(guī)模不同的巖體移動前，經(jīng)?；顒釉谙锏纼?nèi)的老鼠突然不見。還有巖體移動前五天，黃鼠狼結(jié)隊搬遷的現(xiàn)象。（6）巷道變形、礦主壓垮、底板鼓起、頂板下沉、鐵道彎曲等現(xiàn)象不斷擴大范圍，嚴重程度逐漸增加湖南錫礦山在巖體大規(guī)模移動前有60%的礦柱失去支撐能力，采空區(qū)附近的巷道，隨著時間的增加，變形范圍逐漸擴大。（7）地表緩慢下沉：在軟層中比較明顯，持續(xù)時間也越長；脆性巖石中則很短促，前兆較差。錫礦山在巖體大規(guī)模移動前12-15日即有下沉現(xiàn)象，最大下沉值26mm

7、。當(dāng)井下巖體移動后，地表也開始活動，在井下移動后兩個小時地表出現(xiàn)很多裂縫，寬度達2.1m，連續(xù)三天。持續(xù)四個月，衰減期約為一年。有的可達7-8年。上述種種現(xiàn)象可說明，巖體大規(guī)模移動前的變形期間，有許多可以觀察到的現(xiàn)象，只要抓住時機即可預(yù)報。2. 巖體大規(guī)模移動前期的征兆 井下局部巖體的冒落往往是大規(guī)模移動的開始。采礦方法有兩種，早期為充填法，后期為崩落法。地壓的增強，常使某些礦柱、護定蓋被壓垮。此種局部活動，往往是從斷裂或軟弱巖層附近的空區(qū)開始，形成應(yīng)力集中，從而打開冒落缺口，可稱之為大規(guī)模移動突破口。突破口的部位，可在空區(qū)上部，亦可以在下部。發(fā)生在上部先影響下部空區(qū)，待發(fā)展到一定階段后在影響

8、地表。發(fā)生下部時，也是逐漸向上發(fā)展直至地表。由此可見，局部的巖體移動的出現(xiàn)往往預(yù)示著大規(guī)模活動的開始，因此，及時調(diào)查研究并注意其發(fā)展趨勢是十分必要的，它可為采取相應(yīng)措施提供必要的依據(jù)。巖體移動的調(diào)查，應(yīng)在發(fā)生前積累系統(tǒng)的地質(zhì)資料、開采歷史資料（如充填程度、空區(qū)范圍、礦柱的完整度等）、測量觀測資料等。平時開展觀測時調(diào)查巖體移動規(guī)律的重要手段，也是提出預(yù)報的依據(jù)。觀測工作要注意：（1）測線要在采空區(qū)的主要部位，盡可能和地質(zhì)剖面結(jié)合起來，便于綜合分析。（2）每條測線的基點要注意選擇在不受巖體移動影響的地方。（3）各測點間要作水平與垂直閉合測量。（4）要觀測出水平移動量及垂直移動量，并計算出水平移動向

9、量。（5）資料整理要及時、觀測要定期、發(fā)現(xiàn)變異，及時分析。二、巖體移動的檢測及時發(fā)覺巖體移動，并及時查明其范圍和發(fā)展趨勢，以及查明采空區(qū)的空間分布，除了依靠地質(zhì)，測量工作的一般手段外，使用物理探查法也是有效的，也是巖體移動研究工作中的一個手段。例如弓長嶺鐵礦在處理老采空區(qū)時，當(dāng)查明空區(qū)位置，形態(tài)及體積時，采用了電阻法，收到了較好的效果，國外也有采用地電法進行探查的。利用地震觀測儀器記錄巖體破裂產(chǎn)生的震動波，拾音儀收聽巖體變形破裂的音響等都是可行的。下面僅簡單介紹幾種探查法。1.簡單警報器 當(dāng)頭巖體開始下滑時可發(fā)出信號，一邊撤出工作人員并遷移設(shè)備?；驹頃r：在巷道或者采頂板下沉或者底板拱起時，

10、將壓迫一個帶有彈簧裝置的立柱，此立柱有兩節(jié)，立于頂?shù)装鍘r體之間，受壓后上下兩節(jié)的接觸手上之金屬片導(dǎo)體可互相接觸形成導(dǎo)電通路，使電路上的電鈴或紅燈警報信號。此類的簡易警報裝置不少井下礦山都有設(shè)置，并各有特點。2.超聲波探測儀 遼寧省煤炭研究所曾試制并試驗證明是可行的。主要的原理是：彈簧波在巖體中傳播，由于結(jié)構(gòu)面的存在，這些結(jié)構(gòu)在不同的荷載的作用下，發(fā)生變形，它具有力學(xué)性質(zhì)的非線性特征，因此彈性波的傳遞受此特征的影響，彈性波遇到結(jié)構(gòu)面是產(chǎn)生諸如反射、折射、繞射、散射等現(xiàn)象，稱為結(jié)構(gòu)面效應(yīng)。當(dāng)巖體在受力條件下，其超聲波的傳播速度將是變化的，因此利用超聲波測試巖體中的應(yīng)力變化也是可能的。相同巖性的不同

11、巖體，由于結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度不同，超聲波的傳播速度也不相同。因此，可以通過測定傳播速度來確定巖體受力后產(chǎn)生之破裂帶的位置。實驗證明：在試體中受力越大，超聲波速度愈高，在卸載過程中隨著受力的降低，超聲波速度也相應(yīng)降低。垂直于擠壓方向的超聲波速度次于平行擠壓方向的傳播速度，這說明它的速度大小與巖體的密度有關(guān)。3.地震儀監(jiān)視法 如同測報地震一樣，利用地震儀接收到的大規(guī)模頂板冒落之前所發(fā)生的小規(guī)模塌陷及破裂產(chǎn)生的地震波（縱波及橫波）來預(yù)報即將來臨的空區(qū)大面積的巖體移動。頂板冒落必然產(chǎn)生塌陷地震，但是塌陷地震產(chǎn)生的波形簡單（特別是橫波波形更是如此），并且衰減快，以此有別于天然構(gòu)造地震的波形（圖8-18）。

12、大面積冒落之前，小規(guī)模塌陷由少漸多，逐步增加，這是預(yù)報大冒頂即將發(fā)生的關(guān)鍵時機。圖8-18 塌陷地震與地震波形對比 (據(jù)大同地震臺)a-塌陷地震波形；b地震波形三、采場頂板巖石移動的觀測某些采礦法，需要工人在采場頂板下作業(yè)，如充填法等，發(fā)生頂板冒落或掉塊等事故，對人身安全威脅很大。據(jù)國外一些礦山統(tǒng)計，煤炭系統(tǒng)或者金屬礦山，冒頂事故占井下事故的三分之一到二分之一。在我國金屬礦山，由于采取了各種安全措施，事故大大減少，但冒頂失去仍占有一定比例。從總體來看，各項井下事故中仍以冒頂事故居多。采場頂板的穩(wěn)定性直接與地質(zhì)條件有關(guān)，礦山地質(zhì)工作者可以用自己的調(diào)查成果總結(jié)各種巖體移動與地質(zhì)條件的具體關(guān)系。為采

13、礦安全生產(chǎn)服務(wù)。礦體及圍巖中的斷層、節(jié)理、裂隙往往是發(fā)生冒頂、掉塊的重要條件，為了觀察頂板已暴露出的斷裂及裂隙的變化，預(yù)計掉塊、冒頂?shù)目赡苄?，可利用下列方法作為觀測動態(tài)的手段。1.木楔插入法 把小木楔插入要觀測的裂縫中，過一段時間若木楔松懈而脫落，這表明裂隙在擴大，有頂板冒落的危險。2.石膏糊縫法 用石膏將要觀測的裂隙糊住，若石膏裂開或有相對位移，則說明巖石中的裂隙正在發(fā)生變化，頂板可能下沉或冒落。3.鉛油畫縫法 用鉛油垂直所觀測的裂縫劃線。若裂縫兩側(cè)的鉛油線發(fā)生了相對位移，說明頂板已出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。4.敲打探音法 一般是用手錘敲打頂板巖石以聽其聲，若發(fā)出清脆之聲，則表示巖體內(nèi)部結(jié)合尚緊密；若各塊體之間已出現(xiàn)脫離的現(xiàn)象，則發(fā)出沙啞之聲。在敲打巖石聽其音的同時，最好輔以手指觸在頂板，試其震動程度。5.頂板下沉速率統(tǒng)計法 頂板下沉速率統(tǒng)計法是檢查頂板下沉破裂前兆的一個較好方法。下沉速率加快，說明頂板可能即將冒落，必須盡快撤離相關(guān)人員及盡快拆除設(shè)備。為了作圖預(yù)測，可用單對數(shù)坐標紙制圖，它能使數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，易于顯示移動量。若下沉速率是穩(wěn)定變化，則在此坐標紙上顯示出一條傾斜的直線；當(dāng)下沉速率加快時，移動曲線圖就會有偏離直線的趨勢。圖821所示為礦井內(nèi)將要發(fā)生冒落事故的征兆。 6.紅外線檢查