矿山安全管理专题培训-矿山地压安全管理讲解

2014年4月,中国五矿集团公司矿山安全管理专题培训会,矿山地压安全管理,主讲人：马海涛博士电话位：中国安全生产科学研究院,矿山地压安全管理,主要内容,一、地压灾害的分类与产生机理二、地压灾害防治技术最新进展三、地压灾害事故案例与应急救援措施四、井下作业安全确认与地压事故预防,一、地压灾害的分类与产生机理,地压是的根本来源是地层受到地球重力。处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引起的单位面积上的内力，就是自重应力。,一、地压灾害的分类与产生机理,地压是泛指在岩体中存在的力。原岩对围岩的作用力围岩间的相互作用力围岩对支护体的作用力。地压会引起围岩及护体的变形、移动和破坏，称为地压现象。,围岩,原岩,原岩应力是自重应力与构造应力的叠加,一、地压灾害的分类与产生机理,膨胀地压,松动地压,变形地压,地压分类：,冲击地压,诱发灾害类型：巷道变形、支护破坏、地表沉降、冒顶片帮、采空区塌陷、冲击气浪、岩爆、矿震、其它次生灾害（地表建筑破坏、井下透水、地表水下灌、山崩、滑坡等）。,研究基础,8,变形地压在大范围内岩体因变形、位移收到支护体的抑制而产生地压。特点表现为围岩和支护体的相互作用，变形地压的大小既取决于围岩的应力状态，又决定于支护体的类型和支护时间。按岩体变形形态的特征分为：弹性变形压力塑性变形压力流变压力。,一、地压灾害的分类与产生机理,9,散体地压亦称松动地压。由于开挖，在一定范围内围岩中发生滑移或塌陷的岩体以重力的形式直接作用与支护体上的压力称为散体地压或松动地压。这种压力直接表现为载荷。在开挖巷道中通常是顶压大，侧压小，底压更小甚至没有。整体稳定的岩体中，由于个别松动冒落的岩石会形成落石压力；松散软弱的岩体中，出现顶板冒落、片帮，形成对支架的压力；岩体沿结构面发生破坏，形成冒落块体产生压力。,一、地压灾害的分类与产生机理,10,冲击地压冲击底压又称岩爆，它是在围岩积累了大量的弹性变形能力之后，突然释放出来所产生的压力。因此冲击地压是一种类似爆炸的地压现象。冲击地压产生的原因是围岩应力超过其弹性极限，在岩体内积聚的弹性变形能突然猛烈的释放造成的。冲击地压多发生在深部坚硬、完整的岩体中。,一、地压灾害的分类与产生机理,11,膨胀地压在泥质或炭质页岩中的巷道，常发生顶板下沉、底板鼓起、两帮突出等现象，并造成支护体破坏。岩体这种吸水后大变形的破坏现象称为膨胀现象，由此产生的压力称为膨胀压力。,一、地压灾害的分类与产生机理,一、地压灾害的分类与产生机理,矿山开采形成大量采空区是灾害性地压发生的首要条件。,地压灾害各种类型是同时存在、相互影响、相互转化的。,一、地压灾害的分类与产生机理,1、井巷地压,巷道开挖后，在破裂带内应力降低称为应力降低区；超过破裂带进人裂隙带后应力增高并出现峰值，此为应力集中区；随着岩体远离地下巷道，巷道对于岩体的应力扰动越来越小，接近于原始应力状态，此为原岩应力区III,一、地压灾害的分类与产生机理,岩石一般沿破裂面滑落，如果冒落高度小于破裂范围。软岩的内摩擦角较小，拱顶较尖。如果冒落拱高度达到破裂带边缘，冒落拱就由破裂范围与破裂面组成，成为马蹄形。,1、井巷地压,一、地压灾害的分类与产生机理,如果有层理面等弱面，冒落拱在保持基本形状不变的情况下，形成弱面滑落。层理面发育的围岩，由于破裂带范围的不均匀发展，可使冒落拱偏转成不对称形状。对于块状结构的围岩，可能沿着弱面大块滑落，完全不成拱形。,1、井巷地压,一、地压灾害的分类与产生机理,新掘巷道围岩压力随围岩变形移动及破碎过程:明显增大缓慢增长趋向稳定岩石破碎冒落期间显著增大逐渐降低趋向稳定。学习意义：认识到这种巷道围岩从掘进巷道到围岩破坏期间压力变化的动态过程，对于了解冒顶片帮等事故发生的原因和过程，是非常有用的。,1、井巷地压,一、地压灾害的分类与产生机理,1、井巷地压,井巷破坏的原因主要是围岩应力超过了岩体的强度，因此，井巷维护的基本原则是提高围岩强度，降低围岩应力，充分利用围岩的自稳能力。,一、地压灾害的分类与产生机理,1、井巷地压,井巷工程避免冒顶片帮的工程措施主要原则：(1)合理选择井巷的位置。(2)采用合理的爆破工艺。(3)选择合理的支护类型。(4)选择合理的断面形状和尺寸。(5)确定合理的支护时间。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,采场地压是指在地下开采过程中，原岩对采场或采空区围岩及矿柱所施加的载荷。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,采场的规模远远大于井巷，但由于采场空间的形状、体积、分布状况、形成及存留时间等方面的特殊性，采场地压与巷道地压有相当大的差异，归纳起来采场地压具有暴露空间大、复杂性、多变性、显现形式的多样性、控制采场地压的难度大等特点。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,采场破坏的结构，在覆盖岩层中将形成三个不同的地带：（1）冒落带（2）裂隙带（3）弯曲带,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,裂隙带高度是判断发生地表塌陷和采空区透水的主要判据。,裂隙带的高度约为矿体厚度的928倍。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,矿体埋深较大，冒落带、裂隙带一般不会到地表，只在地表形成一个下沉盆地。若矿体埋藏浅，开采深度浅时，则会冒落到地表，形成塌陷坑。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,根据地表变形破坏程度，可将移动盆地划分为崩落区和变形区。崩落区地表开裂，发生剧烈变形和破坏。变形区地表只发生变形并未受到严重破坏。移动角指用仪器测出的地表移动边界线至井下采空区下部边界线的连线与水平面所成的夹角。崩落角指地表开裂区的最边缘裂隙至井下采空区下部边界线的连线与水平面所成的夹角。,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,一般上盘崩落角0约小于下盘崩落角050100。矿体走向方向的崩落角常用表示,盲矿体上端的下盘崩落角常用表示。对于岩性坚硬而脆的岩层，崩落角和移动角差别较小，只相差50100。,研究基础,采空区破坏进程大致可归纳成三个阶段：（1）局部顶板拱冒型破坏（2）局部矿柱剥离后失稳（3）地表大面积瞬时切冒型塌陷,研究基础,采空区塌陷的“多米诺”效应,采空区的各种破坏形式在时间和空间上是相互联系、相互转化的。大面积地压活动的三个阶段：发生阶段发展阶段衰减稳定阶段,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,大规模地压活动三个阶段。1.发生阶段也称预兆阶段。大规模地压显现以前，常有预兆。预兆期从几天到数月，主要预兆为：围岩发响；采场顶板局部冒落；矿柱压坏；近矿体巷道变形和破坏。2.发展阶段即围岩大冒落和移动阶段。特点是：在很短的时间内，采场大面积冒落；近矿体巷道严重破坏；地表开裂下沉；发生不同程度的冲击气浪。3.衰减稳定阶段大面积冒落后，井下采场与巷道的变形和破坏趋于缓和，而地表开裂和下沉一般还要持续一段时间，速度逐渐减慢，围岩应力达到新的平衡状态，出现衰减稳定阶段。,采空区稳定性力学法分析法,拱形冒落论和压力拱假说悬臂梁（板）冒落论和冒落岩块碎胀充填论冒落岩块铰结论砌体梁平衡论采场薄板矿压理论矿山岩体损伤力学方法,一、地压灾害的分类与产生机理,一、地压灾害的分类与产生机理,2、采场地压,2、“多米诺”效应量化计算方法,基于“关键层”理论，建立了金属矿山采空区大规模塌陷“多米诺”效应的量化三维分析模型。,顶板刚度大矿柱安全系数低局部矿柱破坏无安全隔离矿柱,4个假设条件：,一、地压灾害的分类与产生机理,2、“多米诺”效应量化计算方法,采用Voronoi结构划分顶板荷载，基于Obert-Duvall矿柱强度准则和“流变-突变”理论，建立了“多米诺”效应的三维空间-时间计算方法。,“多米诺”效应计算方法,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,复杂矿柱群的矿柱-顶板稳定性计算方法,采空区塌陷“多米诺”效应的定量分析,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,复杂矿柱群的矿柱-顶板稳定性计算方法,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,计算流程,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,边界单元法、离散单元法、有限单元法、有限差分单元法,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,复杂矿柱群的矿柱-顶板稳定性计算方法,一、地压灾害的分类与产生机理,影响矿柱强度的因素主要包括：（l）矿体结构；（2）矿柱尺寸及形状；（3）矿柱与上下盘界面的结合力；（4）上下盘岩体的刚度；（5）矿柱的侧压力。,采空区稳定性计算方法,一、地压灾害的分类与产生机理,矿柱失稳的突变学特征,矿柱失稳尖点突变平衡曲面方程,矿柱所承受的应力zl与强度q之比Fq。当Fq1时，发生失稳当Fq1时，不会发生失稳。,采空区稳定性计算方法,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,复杂矿柱群的矿柱-顶板稳定性计算方法,进一步发展了钱明高院士的“关键层”理论,一、地压灾害的分类与产生机理,采空区稳定性计算方法,采用上述方法结合香炉山钨矿大面积空场法采空区的实际情况，分析了采空区暴露50年后的动态发展趋势和后果，为采空区充填治理方案优化提出了参考意见与建议。,一、地压灾害的分类与产生机理,香炉山钨矿位于江西省修水县城北西35km，矿区面积5.3km2，是我国目前储量多，含钨品位高的大型白钨矿床。矿区面积为5.3km2，矿体呈似层状、倒转置锅型产出，矿体及顶底盘围岩较稳定，水文地质条件简单，易于开采。,一、地压灾害的分类与产生机理,香炉山钨矿经过多年的无序开采，井下采空区形态复杂，矿柱形状留设多样，局部时常出现顶板岩层冒落、矿柱开裂或片帮等现象。,一、地压灾害的分类与产生机理,目前采用空场法进行残矿开采，很容易改变原来的“框架结构”，使受力状态发生变化。可能导致“多米诺”效应，使采空区顶板大面积冒落。,五坑口,一坑口,二、四坑口,一、地压灾害的分类与产生机理,香炉山钨矿采区正上方地表坐落有一座地方性“道观”建筑群，定期举办法事集会，稍有不慎将造成群死群伤重大灾害，产生严重的经济损失和恶劣的社会后果。,一、地压灾害的分类与产生机理,五坑口矿区荷载分配划分图,五坑口的矿柱计算5次之后一共去除了36根矿柱，重新分布荷载，计算得出其剩余的矿柱的安全系数大于1.5，剩余的矿柱目前能够达到稳定状态。,一、地压灾害的分类与产生机理,五坑口20年后剩余矿柱,五坑口矿柱经过20年的风化作用后，有9根矿柱将可能出现不稳定情况，去除这些矿柱后继续计算，迭代4次后，剩余矿柱达到稳状态。此时，顶板跨度过大，将发生冒顶,一、地压灾害的分类与产生机理,一坑口矿区荷载分配划分图,一坑口矿区13根矿柱安全系数小于1.5，且49、56号矿柱安全系数远小于1，再次迭代计算。破坏矿柱为15、17号，迭代地4次达到达到稳定状态，没有新的不稳定矿柱出现。,一、地压灾害的分类与产生机理,考虑时间效应，20年5个矿柱出现不稳定的状况，将其去除后继续计算，程序运行到第6次，一坑口20年后矿柱潜在矿柱达到了达到稳定状态。,一坑口矿区20年后,一、地压灾害的分类与产生机理,二四坑口矿区荷载分配划分图,二四坑口8次计算共去除56根矿柱，重新分布荷载，计算得出其剩余的矿柱的安全系数大于1.5，现阶段应该不会引起大规模的坍塌。,一、地压灾害的分类与产生机理,二四坑口矿区20年后,20年后12根矿柱不稳定，计算运行到第7次，矿柱仍未稳定，不稳定矿柱比较集中，呈连续分布，坍塌区域的周边无较大型的矿柱支撑，演化为大面积坍塌。,一、地压灾害的分类与产生机理,50年内失稳矿柱,当前失稳矿柱,一、地压灾害的分类与产生机理,第一次计算所确定的可能失稳的矿柱共68根，占总矿柱的13.02%多次计算后，新失稳矿柱42根，占总矿柱的8.05%，共失稳110根，占总数的21.07%。不考虑时间效应，目前香炉山矿山矿柱基本稳定，不稳定矿柱的失稳不会造成大规模的坍塌。,5坑口采空区50年时间内，发生局部垮塌，不会发生大规模坍塌。2坑口在20年内，矿柱极有可能发生连续坍塌，导致“多米诺”效应，采空区顶板大面积冒落，造成大面积地压活动，影响整个矿山的安全生产。,一、地压灾害的分类与产生机理,失稳矿柱和其他矿柱的对比,可能失稳的人工假柱有16个，占了可能失稳矿柱的14.81%，由此可知，一些人工假柱没有起到应有的作用,一、地压灾害的分类与产生机理,目前整体稳定,一、地压灾害的分类与产生机理,5-2、5-3、5-4、2-3、2-4、4-2区域为非时间效应情况下，不安全矿柱比较集中的区域。2-4区为仅考虑20年时间效应危险区，考虑到该区的正上方地表是一座地方性“道观”建筑群，该区域不宜再进行回采，应立即进行充填。5-1、2-1、2-2、4-1、4-3、4-4区为50年时间效应情况下，不安全矿柱比较集中的区域。,一、地压灾害的分类与产生机理,4种不同的充填回采方案,一、地压灾害的分类与产生机理,一、地压灾害的分类与产生机理,从安全角度选择方案4比较可行，即留一小部分矿柱作为充填区域的中心矿柱，回采周围矿柱。从经济角度，若要使矿柱全部回采，则方案3的效果最好，即先充填采空区群中间部分由矿柱围成的空区，然后回采充填区域周边的矿柱，最后再充填两边的空区，待充填体稳定之后再回采周边的矿柱。,一、地压灾害的分类与产生机理,主要内容,一、地压灾害的分类与产生机理二、地压灾害防治技术最新进展三、地压灾害事故案例与应急救援措施四、井下作业安全确认与地压事故预防,二、地压灾害防治技术最新进展,近10年来，金属矿山以“采空区”为热点开展的研究，主要方向为地压灾害、采空区探测和采空区治理，概括为4个方向：1、未知采空区探测方法的需求2、采空区稳定性风险评估方面的需求3、采空区地压安全监测和预警技术4、采空区治理工程技术方面的需求,二、地压灾害防治技术最新进展,二、地压灾害防治技术最新进展,二、地压灾害防治技术最新进展,二、地压灾害防治技术最新进展,探测方法,金属矿山采空区探测方法最新进展,探测方法,金属矿山采空区探测的特殊性,1、隐伏性2、矿体导电性3、空区多层重叠性4、空区充填性和含水性,地质分析地质体投射、地质素描地球物理地面：弹性波、电磁波、红外、重力井下：弹性波、电磁波直接预报钻探（激光、声纳）、坑探,探测方法,采空区范围圈定方法,电阻率法、高密度电阻率法、地质雷达法、瞬变电磁法等,探测方法,采空区范围圈定方法,电磁法的探测图谱,高密度电阻率法是一种阵列式的电法勘探方法，以探测地下目标体与围岩之间的导电性差异为基础，依据不同岩层和采空区的电性参数特点，判定矿山采空区的位置、深度和范围。,对称四极温纳（WN）测量方式探测原理图,探测方法,2010年7月8日-11日应用高密度电法在西石门铁矿中南区0m中段井下巷道做的验证水仓探测试验,高密度电法井下探水试验,发射线圈,一次磁场,二次磁场,接收线圈,目标体,发射机,接收机,参考电缆,瞬变电磁法以地层导电性差异为基础，用发射回线上的电流脉冲方波瞬时产生一个向地下传播的一次磁场，使下方地质体产生涡流，并通过接收回线测量涡流产生的二次磁场，以测量地下地质体的电性分布情况。,探测方法,33勘探线物探结果,地质雷达对比实验,2010年3月23日-27日应用地质雷达在西石门铁矿中南区0m中段井下巷道做了两组实验,探测含水巷道测线布置在j1巷道中，长度30m，深度25m，采用点测模式由西向东每隔10cm测一点，得到如图所示剖面。通过雷达扫描显示，该测区存在一异常点，可能存在一空区。异常点位于距离剖面起点20m-23m，深度19m-24m。,探测方法,金属矿山采空区探测的适用性,探测方法,金属矿山地质超前预报的适用性,探测方法,浅层未知采空区高密度电法探测采空区技术,采用国际上先进的AGI高密度电法仪用于锡矿山民采越界范围调查，采用多级信号放大技术，实现大范围区域测量及其反演，圈定了民采采空区破坏范围。,开采年限长久始于1897年窿道遍布，纵横交错地表移动面积大开采深度浅盗采严重单体空区体积大15000立方米,锡矿山民采空区探测,民采锑矿数量多（8家）金波锑矿、金波锑矿洪峰矿井、狮子山锑矿主井、狮子山锑矿北斜井、再兴锑矿、陀子冲锑矿、物华锑矿、振兴锑矿,锡矿山民采空区探测,超深越界探采矿给国有矿山企业造成经济上的巨大损失破坏采矿权市场秩序造成国有资产的严重流失侵犯了合法矿业权人的合法权益对生产安全造成了深度危害民采矿点的超深越界行为具有隐匿性民采矿点技术力量薄弱民采矿点往往采用采富弃贫的掠夺式开采严重破坏自然环境，造成自然灾害隐患,锡矿山民采空区探测,锡矿山民采空区危害,物华锑矿豪江分井在锡矿山锑矿南矿一、二、三段盗采时留下了大量的空区锡矿山锑矿砌筑了大量人工矿柱支撑采空区，并局部对空区进行了充填盘区内地压没有得到有效控制，盘区内内地压活动剧烈，2中段6采1#顶板沉降观测仪累计下降365mm（2010年9月1日安装）大部分人工矿柱和原生矿柱开裂，采空区顶板经常发生冒落现象,锡矿山民采空区危害,老窿突水是矿山突水灾害的主要形式狮子山锑矿主斜井310m以下的各个中段与2010年8月因透水事故被淹，积水量不明狮子山锑矿至今没有对井下积水做任何处理,锡矿山民采空区危害,遗留采空区体积大物华锑矿盗采区，新增了12000m3的采空区，空区没有做任何处理，因保安矿柱被采，地表存在整体塌陷的巨大危险，将严重危险威胁锡矿山锌厂、原南炼厂及周边的安全再兴锑矿陀子冲直井形成的采空区，大的分层宽度达12m、高度达12m，上下多层回采，中间顶板厚度有的不足1m再兴锑矿盗采锌厂保安矿柱，造成锌厂厂房开裂和地表下沉，严重危及锌厂安全，特别是两个硫酸储罐的安全。,锡矿山民采空区探测,高密度电法的工作原理基于垂向直流电测深、电测剖面和电阻率层析成像高密度电法高密度的滚动扫描测量，既丰富了地电信息，提高了电性分辨能力，又减少了人为影响因素，提高了工作效率,锡矿山民采空区探测,本次探测在南矿区中选择测区物华锑矿及再兴锑矿盗采严重的重点区域共布设高密度电法剖面2条，有效物理点60131个，剖面总长度1200米；点距10米，单剖面长600米,1-1剖面330m至450深度14m以下的高阻团块可能是空区或地下巷道的反应，剖面中段深130-140m区间深度20m处孤立的高阻团块可能是地下巷道所致,2-2剖面280m310m，14m处、350m360m，14m处深的孤立红色高阻团，推断为巷道或空区的显示，经现场勘查，在剖面300处下方20m处发现一条通往地表的巷道；剖面430-520m之间、深20-80m区段红色孤立的高阻团块可能是空区所致,锡矿山民采空区探测,矿区防盗采对策措施,某矿区微差爆破波形图,盗采事件的定位原理,微震监测技术是锡矿山锑矿防盗采监测的唯一可行手段。微震监测技术通过大范围的临场监测，对地下开采实行实时动态监测，可以对爆破点进行精确定位，掌握地下开采的活动区域。并根据后期的定位处理与结果分析，判断该矿是否存在盗采问题,矿区防盗采对策措施,目标区域整体监控按照锡矿山锑矿实际情况，沿矿区边界线每隔70-100m布置一个深孔检波器盗采区域重点监控根据深孔检波器确定的盗采区域的大致方位，在盗采区域附近间隔30-50m布置锚杆连接的移动式检波器,检波器深孔安装示意图,矿区防盗采对策措施,总体线路布置图,检波器钻孔布线示意图,探测方法,深部未知采空区TRT地质超前预报方法研究,采用TRT井下地震波真反射层析成像技术在西石门铁矿建立了超前预报管理流程，结合井下深部开拓，完成超前预报69次，保证了全矿5.5km安全开拓。,针对金属矿山未知采空区环境下安全开拓，引进了井下地震波三维反射层析成像方法。该方法采用了三维阵列式激发和接收方式，可以获得足够的空间信息，提高了探测精度和准确率。,震源和检波器的三维空间排列,地震波三维层析成像反演原理,TRT6000型地质超前预报系统,探测方法,TRT地质超前预报系统,美国先进技术发展计划基金，美国国家安全局研究成果2000年后引入我国，最早应用在铁路隧道施工,探测方法,TRT地质超前预报系统,探测方法,TRT地质超前预报系统,探测方法,TRT与其它弹性波法的主要区别,探测方法,南区-120水平5#穿（本次6磅）（2013-06-25）验证震源点前方放水硐室和闪长岩破碎带，探测区域为震源点前方90m，两侧20m。,工程位置图,探测方法,经过两次在区-120水平5#穿的TRT测试可以看出TRT探测超前预报的准确性和稳定性，6磅锤虽然呈现图像没有12磅锤信号强烈，但清晰度更高，更易分辨出高低阻抗变化，区分地质构造、采空区和含水空区。,6磅,12磅,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,负反射呈蓝色显示，正反射呈黄色显示从低阻抗物质传播到高阻抗物质，反射系数是正（黄）从高阻抗物质传播到低阻抗物质，反射系数是负（蓝）一般来说，软件设定围岩相对背景值破碎含水区域呈蓝色显示，相对背景值硬质岩石呈黄色显示,探测方法,震源（能量与频谱）最小偏移距（检波器到震源距离）炮间距（震源间距）,优化布置参数,探测方法,通过井下大量工程试验，提出了基于金属矿山围岩坚固性系数的布置参数优化方案。,f=10,震源5kg,f=10,优化震源最小偏移距20m,f=10,优化检波器最小偏移距20m,f=10,优化震源排间距2m,探测方法,通过长期、大量工程实践提高采空区预报准确率,实际揭露的采空区,探测方法,2012年西石门铁矿井下深部开拓TRT地质超前预报已知巷道验证预报，1预报有断层或裂隙带测点,6探测充水采空区,4预报失败测点,1,2013年西石门铁矿井下深部开拓TRT地质超前预报无不良预报测点，3预报有断层或裂隙带测点,6验证采空区测点,6探测充水采空区,4预报失败测点,1已知巷道验证预报,1,探测方法,进行了金属矿山井下地质体地震波离散计算全息重构，总结了采空区超前预报地球物理特征。,采空区地震波反射特征,无充填型空区,泥石充填型空区,地下水充填型空区,富水岩层,井下地质体地震波反射特征,断层破碎带,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,采空区地震波反射特征,无充填型空区纵波遇边界平滑、横向延展性好、边界法向与巷道轴线小角度相交。深度偏移以强烈的负反射开始，以强烈的正反射结束，反射带内正负反射层少、正负相间、以负反射为主，反射带内单个反射条带窄、延伸性差。无充填型空区内岩体纵横波速下降，且内部波速变化较小,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,采空区地震波反射特征,泥夹石充填型空区传播和反射特性与断层破碎带基本一致，但泥夹石充填型溶洞深度偏移图反射带内正负反射层数量视充填物内块石粒径和含量的不同而不同。块石粒径大正负反射层较多而杂乱，以负反射为主，单个反射条带窄、延伸性差。泥夹石充填型空区内纵横波速总体下降，衰减快,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,采空区地震波反射特征,地下水充填型空区纵横波遇地下水充填型空区反射都较强，但横波反射明显较纵波反射强。纵横波深度偏移以强烈的负反射开始，以正反射结束，但横波开始的负反射条带较结束的正反射条带宽、能量值大。反射带内正负反射层较少、以负反射为主，单个反射条带宽、延伸性好。地下水充填型空区内纵横波速都大幅下降，内部波速变化较小。,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,富水岩层地震波反射特征,横波遇富水岩层反射很强，视岩层结构的不同纵波反射不同，且横波反射明显较纵波反射强。岩体内节理裂隙发育，则反射带内正负反射层较多，以负反射为主。岩体内横波速度下降，纵波速度与岩层结构有关，由裂隙岩体进入裂隙含水岩体，纵波速度上升，由完整岩体进入裂隙含水岩体，纵波速度下降。,探测方法,地质体地震反射波地球物理特征规律,断层及破碎带地震波反射特征,断层及破碎带与两侧岩体存在明显的速度差异，是较强的波阻抗界面。以强烈的负反射开始，以强烈的正反射结束，反射带内正负反射层多而杂乱，以负反射为主，单个反射条带窄、延伸性差。断层破碎带内岩体纵横波速总体下降，但高低变化频繁。前方有较大范围断层会造成信号衰减严重,探测方法,通过长期、大量工程实践提高采空区预报准确率,通过专家打分层次分析法，建立了预报准确性评估体系，将超前预报结果与实际揭露情况对比，评估了47次188项预报数据，,探测方法,通过长期、大量工程实践提高采空区预报准确率,2012年平均准确率为62.44%其中：对采空区的预报准确率“无空区”-100%“有空区”-25%对地下水的预报准确率“有涌水”-66.7%对地质构造的预报准确率-53%,探测方法,2013年平均准确率为75.56%其中：对采空区的预报准确率“无空区”-100%“有空区”-60%对地下水的预报准确率“有涌水”-80%对地质构造的预报准确率-76%,误差原因,现场噪音过大检波器与岩壁耦合性差岩体较为破碎检波器和震源坐标测量存在误差前方掌子面临空检波器和震源布置方式不合理,探测方法,探测方法,西石门铁矿地质超前预报技术体系预报原则预报内容预报方法操作规程钻探原则准确性评估管理要点,解决未知采空区透水灾害的预防问题,探测方法,金属矿山采空区灾害探测整体解决方案,探测方法,采空区激光扫描探测与三维建模,探测了4座典型矿山的采空区形态，掌握空区基本特征,探测方法,采空区激光扫描探测与三维建模,漂塘钨矿，留矿法采空区，形状不规则，最大长39.4m，最大宽37.7m，最大厚13.8m。,探测方法,采空区激光扫描探测与三维建模,瑶岗仙钨矿，留矿法柱状采空区，采空区中部较宽，逐渐向两边减小，长23.7m，宽7.7m，厚3.56m。,监测治理,采空区监测方法围岩应力监测：钻孔应力监测、锚杆应力计井下位移监测：多点位移计、顶板离层监测、光纤岩移监测系统、激光测距等岩石损伤监测：声发射（AE）监测、微震监测、电磁辐射监测地表位移监测：水准仪、经纬仪、全站仪、GPS、InSar等采空区水害监测：水文监测,井下冒顶,地表塌陷,采空透水,监测治理,采空区微震监测系统,监测治理,采空区微震监测系统,柿竹园多金属矿微震事件率在多金属采场放顶大爆破后5d内处于较高水平，2月24日达到了历史最高值发出预警，2月27日在630m水平顶板区域发生较大规模垮塌，预警成功。,监测治理,采空区微震监测系统,香炉山五矿微震事件监测,缥塘钨矿微震事件监测,悬吊理论,组合梁理论,冒落拱理论,普氏压缩拱理论,组合拱理论,监测治理,采空区围岩应力在线监测预警系统,锚杆与围岩协同作用是锚杆在围岩土体内部通过与围岩相互作用发挥支护和加固作用的，其锚固作用体现为径向和切向作用,监测治理,采空区围岩应力在线监测预警系统,监测治理,采空区围岩应力在线监测预警系统,监测治理,基于锚杆与围岩共同作用原理，设计了支护锚杆应力传感器，量程15000、分辨率0.5,开发了支护锚杆无线监测系统，无线通讯距离300米，无电源连续使用寿命2年。,非线性误差及温度补偿,全桥差动电路,支护结构作用原理,无线发射模块设计,无线网关结构,监测治理,信号处理部分包括前项通道、程控放大器和A/D转换器，在程序控制下对传感器模拟信号提取放大，并进行模/数转换无线发射电路在微处理器的控制下，由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理，并用发射模块发射出去,监测治理,监测治理,监测治理,监测治理,基于围岩变形速率的预警指标基于围岩变形加速度的预警指标基于锚杆应力增长速率预警指标,监测治理,监测治理,分析了盘古山3年来300余监测点的位移绝对值、位移速度和加速度变化数据。获得了盘古山位移监测预警指标。,监测治理,采用上述预警标准对各测点监测值进行预警,监测治理,矿山地表移动监测和预警方法,地表沉降监测方法,监测治理,矿山地表移动监测和预警方法,监测治理,矿山地表移动监测和预警方法,采用Insar遥感监测了西石门、小官庄、张家洼、莱新铁矿的地表沉降，获得了较高监测精度。（第五分册专题研究）,西石门