岩体移动的预报和探查

1、工程地质学报告学 院 资源与土木工程学院 班 级 采矿1001 任课教师 于明旭 姓 名 赵一凡 学 号 20101234_ 2010年 10月 10日 岩体移动的预报和探查随着地下矿山的开采深度的加深,特别是岩体移动所致矿山灾害的频繁出现,岩体移动的地质因素影响问题,愈加引人注目,并已成为许多矿山面临的重要问题。岩体移动会引起人身、设备的安全事故，会造成采矿设施的破坏。进行岩体移动规律的研究，其目的是运用这一规律，提出岩体移动的预报、采取措施、减少损失。岩体移动的其他事物的发展一样，是有规律可循的，总是一个由渐变到突变、由量变到质变的过程，因此提出岩体移动预报也是有可能的。岩体移动大体上经过

2、初期变形阶段（或称岩体移动的预兆阶段）、局部移动（可称为大规模移动的突破口）到大规模移动阶段、相对稳定阶段等。抓住各阶段活动的特点，就可以从其最初的现象，作为发出预报的有利时机。提前进行包括必须的工程手段在内的地质因素调查及分析，对不同采掘状况的区段作出稳定程度分析，不仅有利于包括地压管理在内的矿山技术管理，也可避免，减少一些不必要的经济损失和人员伤亡。国内外许多矿山的事件也证明地质因素影响评价的重要性。1963年8月19日至25日在弓长岭矿山后台区东部发生的岩移活动，就是在事先毫无预料，更无措施的情况下发生的。铁山垅，画眉坳等钨矿发生的岩移，造成了大量采场停采；盘古山钨矿，在回采埋藏深度40

3、0m矿段时，于1967年9月发生大规模岩移，除了4个中段、7条生产系统被破坏和造成矿损外，价值200余万元的器材、设备、均陷入岩移区。与弓长岭矿山地质条件类似的原苏联北佩斯铁矿，也发生类似问题，甚至埋藏深度250m的矿块，也有27.3-39.8%的底部采准巷道全部破坏。一、岩体移动的征兆1.初期变形阶段的征兆 局部的或大规模的岩体移动，在剧烈运动前都有其征兆，例如：（1）岩层发响：这是岩体移动的早期现象，从某个中心位置向外逐渐扩大，神像的次数由少到多，移动前数日可急剧增加。如锡矿山的一次岩体冒落即将发生前，每分钟声响达70次以上。弓长岭铁矿二矿区一次岩体移动前几天，平均每日194次声响，其中的

4、后台沟区140米中段，移动前几个月就有声响发生。收听岩石声响出来人工进行外，最好使用拾震仪或者拾音仪装置，将各个监视点的放大及记录装置集中到一个安全地段的观测室内，以便及时察觉各点的变化与整个移动的关系。印象的统计分析，可用一个专门的音响观测序列图表进行，以时间为横坐标，音响的次数为纵坐标，用以衡量分析音响的频繁程度。（2）顶板掉块次数增加：发生音响的同时，碎块岩石坠落的现象也逐渐又少至多。锡矿山的中部，在岩体移动前三个月就已经开始掉块。临近顶板冒落时掉块次数剧增至每小时达20次。其统计分析方法和音响分析法相同。（3）巷道出现细微裂缝，并不断加宽：此时可用铅油标出观测点，观察与测量其变化，并可

5、用以图表显示缝宽度变化（可以纵坐标表示宽度变化，横坐标表示时间）。若裂缝宽度宽度急剧增加，则意味着岩体移动即将发生。裂缝如果不是属于张性的而是剪切性质的，同样可以用上述方法进行分析，只需将相对水平错距表示在纵坐标上。为了测定巷道顶底的相对歪斜的错动距离，可在天井顶板悬挂一个有垂线的锤球，对准地板一个固定标志，观察错动方向，以测定其错动的距离，也可用上述同样的方法进行分析。（4）巷道底板流水的变化：巷道底板流水突然干涸，水流方向改道，顶板突然漏水，巷道远处凿岩的风钻声音突然听到等，都是岩体初级变化所可能引起的。弓长岭铁矿20米中段，突然听到180米中段的凿岩机打眼的声音（一般情况下只有垂高30米

6、的距离内可听到，当在两个地段之间有裂缝联通时才出现高差160米的情况下听到凿岩机工作声音），在第二天就出现岩体移动。（5）动物活动反常；弓长岭铁矿历次出现规模不同的岩体移动前，经常活动在巷道内的老鼠突然不见。还有岩体移动前五天，黄鼠狼结队搬迁的现象。（6）巷道变形、矿主压垮、底板鼓起、顶板下沉、铁道弯曲等现象不断扩大范围，严重程度逐渐增加湖南锡矿山在岩体大规模移动前有60%的矿柱失去支撑能力，采空区附近的巷道，随着时间的增加，变形范围逐渐扩大。（7）地表缓慢下沉：在软层中比较明显，持续时间也越长；脆性岩石中则很短促，前兆较差。锡矿山在岩体大规模移动前12-15日即有下沉现象，最大下沉值26mm

7、。当井下岩体移动后，地表也开始活动，在井下移动后两个小时地表出现很多裂缝，宽度达2.1m，连续三天。持续四个月，衰减期约为一年。有的可达7-8年。上述种种现象可说明，岩体大规模移动前的变形期间，有许多可以观察到的现象，只要抓住时机即可预报。2. 岩体大规模移动前期的征兆 井下局部岩体的冒落往往是大规模移动的开始。采矿方法有两种，早期为充填法，后期为崩落法。地压的增强，常使某些矿柱、护定盖被压垮。此种局部活动，往往是从断裂或软弱岩层附近的空区开始，形成应力集中，从而打开冒落缺口，可称之为大规模移动突破口。突破口的部位，可在空区上部，亦可以在下部。发生在上部先影响下部空区，待发展到一定阶段后在影响

8、地表。发生下部时，也是逐渐向上发展直至地表。由此可见，局部的岩体移动的出现往往预示着大规模活动的开始，因此，及时调查研究并注意其发展趋势是十分必要的，它可为采取相应措施提供必要的依据。岩体移动的调查，应在发生前积累系统的地质资料、开采历史资料（如充填程度、空区范围、矿柱的完整度等）、测量观测资料等。平时开展观测时调查岩体移动规律的重要手段，也是提出预报的依据。观测工作要注意：（1）测线要在采空区的主要部位，尽可能和地质剖面结合起来，便于综合分析。（2）每条测线的基点要注意选择在不受岩体移动影响的地方。（3）各测点间要作水平与垂直闭合测量。（4）要观测出水平移动量及垂直移动量，并计算出水平移动向

9、量。（5）资料整理要及时、观测要定期、发现变异，及时分析。二、岩体移动的检测及时发觉岩体移动，并及时查明其范围和发展趋势，以及查明采空区的空间分布，除了依靠地质，测量工作的一般手段外，使用物理探查法也是有效的，也是岩体移动研究工作中的一个手段。例如弓长岭铁矿在处理老采空区时，当查明空区位置，形态及体积时，采用了电阻法，收到了较好的效果，国外也有采用地电法进行探查的。利用地震观测仪器记录岩体破裂产生的震动波，拾音仪收听岩体变形破裂的音响等都是可行的。下面仅简单介绍几种探查法。1.简单警报器 当头岩体开始下滑时可发出信号，一边撤出工作人员并迁移设备。基本原理时：在巷道或者采顶板下沉或者底板拱起时，

10、将压迫一个带有弹簧装置的立柱，此立柱有两节，立于顶底板岩体之间，受压后上下两节的接触手上之金属片导体可互相接触形成导电通路，使电路上的电铃或红灯警报信号。此类的简易警报装置不少井下矿山都有设置，并各有特点。2.超声波探测仪 辽宁省煤炭研究所曾试制并试验证明是可行的。主要的原理是：弹簧波在岩体中传播，由于结构面的存在，这些结构在不同的荷载的作用下，发生变形，它具有力学性质的非线性特征，因此弹性波的传递受此特征的影响，弹性波遇到结构面是产生诸如反射、折射、绕射、散射等现象，称为结构面效应。当岩体在受力条件下，其超声波的传播速度将是变化的，因此利用超声波测试岩体中的应力变化也是可能的。相同岩性的不同

11、岩体，由于结构面的发育程度不同，超声波的传播速度也不相同。因此，可以通过测定传播速度来确定岩体受力后产生之破裂带的位置。实验证明：在试体中受力越大，超声波速度愈高，在卸载过程中随着受力的降低，超声波速度也相应降低。垂直于挤压方向的超声波速度次于平行挤压方向的传播速度，这说明它的速度大小与岩体的密度有关。3.地震仪监视法 如同测报地震一样，利用地震仪接收到的大规模顶板冒落之前所发生的小规模塌陷及破裂产生的地震波（纵波及横波）来预报即将来临的空区大面积的岩体移动。顶板冒落必然产生塌陷地震，但是塌陷地震产生的波形简单（特别是横波波形更是如此），并且衰减快，以此有别于天然构造地震的波形（图8-18）。

12、大面积冒落之前，小规模塌陷由少渐多，逐步增加，这是预报大冒顶即将发生的关键时机。图8-18 塌陷地震与地震波形对比 (据大同地震台)a-塌陷地震波形；b地震波形三、采场顶板岩石移动的观测某些采矿法，需要工人在采场顶板下作业，如充填法等，发生顶板冒落或掉块等事故，对人身安全威胁很大。据国外一些矿山统计，煤炭系统或者金属矿山，冒顶事故占井下事故的三分之一到二分之一。在我国金属矿山，由于采取了各种安全措施，事故大大减少，但冒顶失去仍占有一定比例。从总体来看，各项井下事故中仍以冒顶事故居多。采场顶板的稳定性直接与地质条件有关，矿山地质工作者可以用自己的调查成果总结各种岩体移动与地质条件的具体关系。为采

13、矿安全生产服务。矿体及围岩中的断层、节理、裂隙往往是发生冒顶、掉块的重要条件，为了观察顶板已暴露出的断裂及裂隙的变化，预计掉块、冒顶的可能性，可利用下列方法作为观测动态的手段。1.木楔插入法 把小木楔插入要观测的裂缝中，过一段时间若木楔松懈而脱落，这表明裂隙在扩大，有顶板冒落的危险。2.石膏糊缝法 用石膏将要观测的裂隙糊住，若石膏裂开或有相对位移，则说明岩石中的裂隙正在发生变化，顶板可能下沉或冒落。3.铅油画缝法 用铅油垂直所观测的裂缝划线。若裂缝两侧的铅油线发生了相对位移，说明顶板已出现不稳定现象。4.敲打探音法 一般是用手锤敲打顶板岩石以听其声，若发出清脆之声，则表示岩体内部结合尚紧密；若各块体之间已出现脱离的现象，则发出沙哑之声。在敲打岩石听其音的同时，最好辅以手指触在顶板，试其震动程度。5.顶板下沉速率统计法 顶板下沉速率统计法是检查顶板下沉破裂前兆的一个较好方法。下沉速率加快，说明顶板可能即将冒落，必须尽快撤离相关人员及尽快拆除设备。为了作图预测，可用单对数坐标纸制图，它能使数据协调，易于显示移动量。若下沉速率是稳定变化，则在此坐标纸上显示出一条倾斜的直线；当下沉速率加快时，移动曲线图就会有偏离直线的趋势。图821所示为矿井内将要发生冒落事故的征兆。 6.红外线检查