基于采空區地壓監測中聲發射監測系統的應用研究

郝鳳才

摘要：聲發射監測系統作為一種探測巖體內部應力變化的技術，從誕生到如今已經有了巨大的進步，并且漸漸走向成熟。針對目前在礦業的發展當中由于空區數量多、體積大等問題，通過聲發射監測系統的應用，將有效地提高開采過程當中的安全性和穩定性，以保障工作人員安全作業和穩定采礦工作。文章主要從應用方面進行了分析。

關鍵詞：采空區；地壓監測；聲發射

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0016-03

采場冒頂和空區塌方是地下礦山開采過程中最常見的災害，它直接威脅井下工人和設備的安全。如今聲發射技術日漸成熟，將其成功地應用在采礦當中，將能夠及時地了解巖體內部的應力狀況。在采礦過程當中，由于各方面的原因將會形成大量的采空區，而這些采空區又可能出現冒落、塌陷等危險，而通過聲發射監測系統的使用，將有效地提高在采礦當中的安全性和穩定性，確保工作人員的人身安全，將地壓危害降低到最低。

1 監測方法

地壓監測主要技術有電測法、光測法以及聲發射法。聲發射使用較為簡單，且符合經濟性原則，能夠進行實時監測，同時進行預報，對企業的經濟要求不高。并且監測的穩定性高，具有先進性和可靠性。

STL-12型聲發射定位與監測系統在SDL-1的基礎之上，通過有效的改進和完善，先進性更加明顯。其中心處理單元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延時觸發的A/D板為模數轉換接口，同時配有12道程控放大、程控通頻帶、程控觸發電平（八級）的放大板與工控專用電源及其輔助電路。能夠對巖體進行有效的分析和預報，從而采集有關數據、進行參數設置、了解地質結構等。如圖1所示，是其技術指標圖。

2 數值模擬

2.1 進行參數計算，建立模型

以下主要以某鐵礦的實際應用為例，該鐵礦閃長巖是其主要的頂板巖石，整體穩定性較好，矽卡巖在局部有分布，穩定性不佳。由閃長巖和大理巖構成底板，矽卡巖依舊分布在局部位置。通過取樣，其力學參數如圖2所示。

在建立模型之時要嚴格結合礦體的各方面的情況，比如位置情況、賦存條件，及其在開挖之后將會受到影響的區域，從而建立三維模型。所建立的模型長取值為200米，寬取值300米，高取值320米。礦體的厚度是60米，開采中段有三個。為了確保符合一定的精確度要求，同時提高計算的效率，因此在一些單元劃分較密，主要包括了礦柱、空區頂以及底板部分。和采空區關系較小，距離較遠的部分就劃分較稀。所有有關部分所劃分的單元總共7.7萬個。同時要求模型的移動受到一定的限制，比如對于側面，應該限制其水平移動，對于地面，則需要對垂直移動有所限制，將巖體自重力施加于模型上部。

2.2 結果分析

在計算分析當中，主要運用了FLAC3D，最終得到其位移云圖，以及應力云圖。

通過對比開挖前后的狀況，以及計算結果可知，水平位移、應力值在-20米之時，兩者數值都偏小，由此可見在該采礦作業當中，中段圍巖受到采空區的影響不大。通過開挖深度加深，直到負80米之時，兩項數值增加十分明顯。這說明隨著開采時間在不斷加長，發生冒落塌陷危險的幾率更大，因此必須對該階段進行著重監測。在-130米之時，數值進一步加大，危險系數也隨之加大，加之在這個深度還設置了泵房、生產采場等，一旦發生危險，不僅將嚴重影響在空區的各項工作，導致地壓災害，而且將對在該階段作業的工作人員造成人身安全威脅。因此在該階段也應該注重監測，及時的發現危險排除危險。

3 建立監測系統

根據以上的模擬結果建立監測系統，同時應該充分結合該礦山的具體情況，綜合各方面的情況最終決定選擇了12個監測地點。具體的-85米水平監測位置如圖3所示，-130米如圖4所示。

同時依據設計在現場進行布點，安裝相應的傳感器，開鑿監測硐室，以及進行布線工作。對于井下線纜的設置，應該要盡量和巷道壁接近，并且注意所選擇的高度應該科學合理，在進行懸掛敷設之時還應該充分考慮之后的維護工作，以及必要之時的更替。在水平的巷道中懸掛線纜，應該注意間隔問題，通常情況是間隔0.4米左右，在進行傳感器的安裝之時要有所預留，以便于之后的線纜敷設。立足于現場的實際情況，從而決定使用架空方式。電力電纜應該和其他的線纜有一定的距離，以免在進行爆破等工作之時，線纜因此遭受破壞。同時為了確保線纜的安全性，應該懸掛有關的標志，可以在巷道之中標明，或者在岔口之處標明。

4 結論和建議

第一，通過實例分析，成功地應用聲發射監測系統，不僅對該礦山的開采提供了安全性和穩定性保障，及時地了解空區的實際情況，以便于做出正確應對。有效地提高了開采工作的安全性，確保日常工作的順利進行，確保了工作人員安全。同時也為其他類似礦山的開采過程當中，面對空區進行有效監測，提供了成功經驗。第二，FLAC3D軟件的使用，對于模型進行了相關計算，分析了在圍巖應力，以及位移的變化規律。由此而確定了在作業過程當中容易發生危險的地段，進而進行重點監測，為該監測系統的構建提供依據，進一步確保了監測的有效性。第三，通過建立STL-12聲發射監測系統，最終對兩個敏感區進行了有效監測，即-85米，以及在-130米段。通過實時監測，充分發揮了該技術的先進性，為相關工作人員的作業提供了科學依據。切實保護了有關工作人員的安全性，確保各項工作的有序開展。

為了進一步提高采礦工作的安全性和穩定性，以及確保該監測系統的有效性，需要采取以下幾個措施：首先做好日常的地壓監測工作，注意進行觀察，同時將監測所得的各項數據做好相關記錄，制作報表等，以便于之后的查詢和判斷使用。其次，對于重點監測部分，要充分了解空區的分布狀況，設計相關的監測圖紙，合理安排監測探頭。最后成立專門監測小組，使之能夠及時地監測各個區域，準確地了解其變化規律。為了進一步確保空區監測的有效性，提高安全性，這就要求要不斷地完善監測系統，確保其監測的完整性和全面性。對于容易發生冒落等危險的部位，應該設置監測網，實施全面實時的監測。同時通過互聯網系統集中的對所有監控地點進行統一的控制，確保監測信息共享的及時性和準確性，進一步地提高監控穩定性。

5 結語

綜上所述，在采空區地壓監測當中使用聲發射監測系統，要求要立足于采礦區的具體情況，進行數值模擬，最終根據計算結果建立監測系統，安排具體的監測。同時在監測過程當中做好有關記錄，提高信息的共享性，確保整個作業的安全性。

參考文獻

[1] 張洋.東河灣鐵礦采空區地壓災害監測與預報技術

研究[D].河北聯合大學，2013.

[2] 陳龍.陳貴劉家畈鐵礦綜合地壓監測方案研究

[D].武漢工程大學，2013.

[3] 劉希靈.基于激光三維探測的空區穩定性分析及安

全預警的研究[D].中南大學，2008.

[4] 肖術.采空區聲發射實時監測系統管理平臺研究

[D].武漢科技大學，2012.

[5] 付占宇，彭府華.采空區上覆巖層穩定性聲發射監

測可行性研究[J].采礦技術，2011，（4）：

77-79.

摘要：聲發射監測系統作為一種探測巖體內部應力變化的技術，從誕生到如今已經有了巨大的進步，并且漸漸走向成熟。針對目前在礦業的發展當中由于空區數量多、體積大等問題，通過聲發射監測系統的應用，將有效地提高開采過程當中的安全性和穩定性，以保障工作人員安全作業和穩定采礦工作。文章主要從應用方面進行了分析。

關鍵詞：采空區；地壓監測；聲發射

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0016-03

采場冒頂和空區塌方是地下礦山開采過程中最常見的災害，它直接威脅井下工人和設備的安全。如今聲發射技術日漸成熟，將其成功地應用在采礦當中，將能夠及時地了解巖體內部的應力狀況。在采礦過程當中，由于各方面的原因將會形成大量的采空區，而這些采空區又可能出現冒落、塌陷等危險，而通過聲發射監測系統的使用，將有效地提高在采礦當中的安全性和穩定性，確保工作人員的人身安全，將地壓危害降低到最低。

1 監測方法

地壓監測主要技術有電測法、光測法以及聲發射法。聲發射使用較為簡單，且符合經濟性原則，能夠進行實時監測，同時進行預報，對企業的經濟要求不高。并且監測的穩定性高，具有先進性和可靠性。

STL-12型聲發射定位與監測系統在SDL-1的基礎之上，通過有效的改進和完善，先進性更加明顯。其中心處理單元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延時觸發的A/D板為模數轉換接口，同時配有12道程控放大、程控通頻帶、程控觸發電平（八級）的放大板與工控專用電源及其輔助電路。能夠對巖體進行有效的分析和預報，從而采集有關數據、進行參數設置、了解地質結構等。如圖1所示，是其技術指標圖。

2 數值模擬

2.1 進行參數計算，建立模型

以下主要以某鐵礦的實際應用為例，該鐵礦閃長巖是其主要的頂板巖石，整體穩定性較好，矽卡巖在局部有分布，穩定性不佳。由閃長巖和大理巖構成底板，矽卡巖依舊分布在局部位置。通過取樣，其力學參數如圖2所示。

在建立模型之時要嚴格結合礦體的各方面的情況，比如位置情況、賦存條件，及其在開挖之后將會受到影響的區域，從而建立三維模型。所建立的模型長取值為200米，寬取值300米，高取值320米。礦體的厚度是60米，開采中段有三個。為了確保符合一定的精確度要求，同時提高計算的效率，因此在一些單元劃分較密，主要包括了礦柱、空區頂以及底板部分。和采空區關系較小，距離較遠的部分就劃分較稀。所有有關部分所劃分的單元總共7.7萬個。同時要求模型的移動受到一定的限制，比如對于側面，應該限制其水平移動，對于地面，則需要對垂直移動有所限制，將巖體自重力施加于模型上部。

2.2 結果分析

在計算分析當中，主要運用了FLAC3D，最終得到其位移云圖，以及應力云圖。

通過對比開挖前后的狀況，以及計算結果可知，水平位移、應力值在-20米之時，兩者數值都偏小，由此可見在該采礦作業當中，中段圍巖受到采空區的影響不大。通過開挖深度加深，直到負80米之時，兩項數值增加十分明顯。這說明隨著開采時間在不斷加長，發生冒落塌陷危險的幾率更大，因此必須對該階段進行著重監測。在-130米之時，數值進一步加大，危險系數也隨之加大，加之在這個深度還設置了泵房、生產采場等，一旦發生危險，不僅將嚴重影響在空區的各項工作，導致地壓災害，而且將對在該階段作業的工作人員造成人身安全威脅。因此在該階段也應該注重監測，及時的發現危險排除危險。

3 建立監測系統

根據以上的模擬結果建立監測系統，同時應該充分結合該礦山的具體情況，綜合各方面的情況最終決定選擇了12個監測地點。具體的-85米水平監測位置如圖3所示，-130米如圖4所示。

同時依據設計在現場進行布點，安裝相應的傳感器，開鑿監測硐室，以及進行布線工作。對于井下線纜的設置，應該要盡量和巷道壁接近，并且注意所選擇的高度應該科學合理，在進行懸掛敷設之時還應該充分考慮之后的維護工作，以及必要之時的更替。在水平的巷道中懸掛線纜，應該注意間隔問題，通常情況是間隔0.4米左右，在進行傳感器的安裝之時要有所預留，以便于之后的線纜敷設。立足于現場的實際情況，從而決定使用架空方式。電力電纜應該和其他的線纜有一定的距離，以免在進行爆破等工作之時，線纜因此遭受破壞。同時為了確保線纜的安全性，應該懸掛有關的標志，可以在巷道之中標明，或者在岔口之處標明。

4 結論和建議

第一，通過實例分析，成功地應用聲發射監測系統，不僅對該礦山的開采提供了安全性和穩定性保障，及時地了解空區的實際情況，以便于做出正確應對。有效地提高了開采工作的安全性，確保日常工作的順利進行，確保了工作人員安全。同時也為其他類似礦山的開采過程當中，面對空區進行有效監測，提供了成功經驗。第二，FLAC3D軟件的使用，對于模型進行了相關計算，分析了在圍巖應力，以及位移的變化規律。由此而確定了在作業過程當中容易發生危險的地段，進而進行重點監測，為該監測系統的構建提供依據，進一步確保了監測的有效性。第三，通過建立STL-12聲發射監測系統，最終對兩個敏感區進行了有效監測，即-85米，以及在-130米段。通過實時監測，充分發揮了該技術的先進性，為相關工作人員的作業提供了科學依據。切實保護了有關工作人員的安全性，確保各項工作的有序開展。

為了進一步提高采礦工作的安全性和穩定性，以及確保該監測系統的有效性，需要采取以下幾個措施：首先做好日常的地壓監測工作，注意進行觀察，同時將監測所得的各項數據做好相關記錄，制作報表等，以便于之后的查詢和判斷使用。其次，對于重點監測部分，要充分了解空區的分布狀況，設計相關的監測圖紙，合理安排監測探頭。最后成立專門監測小組，使之能夠及時地監測各個區域，準確地了解其變化規律。為了進一步確保空區監測的有效性，提高安全性，這就要求要不斷地完善監測系統，確保其監測的完整性和全面性。對于容易發生冒落等危險的部位，應該設置監測網，實施全面實時的監測。同時通過互聯網系統集中的對所有監控地點進行統一的控制，確保監測信息共享的及時性和準確性，進一步地提高監控穩定性。

5 結語

綜上所述，在采空區地壓監測當中使用聲發射監測系統，要求要立足于采礦區的具體情況，進行數值模擬，最終根據計算結果建立監測系統，安排具體的監測。同時在監測過程當中做好有關記錄，提高信息的共享性，確保整個作業的安全性。

參考文獻

[1] 張洋.東河灣鐵礦采空區地壓災害監測與預報技術

研究[D].河北聯合大學，2013.

[2] 陳龍.陳貴劉家畈鐵礦綜合地壓監測方案研究

[D].武漢工程大學，2013.

[3] 劉希靈.基于激光三維探測的空區穩定性分析及安

全預警的研究[D].中南大學，2008.

[4] 肖術.采空區聲發射實時監測系統管理平臺研究

[D].武漢科技大學，2012.

[5] 付占宇，彭府華.采空區上覆巖層穩定性聲發射監

測可行性研究[J].采礦技術，2011，（4）：

77-79.

摘要：聲發射監測系統作為一種探測巖體內部應力變化的技術，從誕生到如今已經有了巨大的進步，并且漸漸走向成熟。針對目前在礦業的發展當中由于空區數量多、體積大等問題，通過聲發射監測系統的應用，將有效地提高開采過程當中的安全性和穩定性，以保障工作人員安全作業和穩定采礦工作。文章主要從應用方面進行了分析。

關鍵詞：采空區；地壓監測；聲發射

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0016-03

采場冒頂和空區塌方是地下礦山開采過程中最常見的災害，它直接威脅井下工人和設備的安全。如今聲發射技術日漸成熟，將其成功地應用在采礦當中，將能夠及時地了解巖體內部的應力狀況。在采礦過程當中，由于各方面的原因將會形成大量的采空區，而這些采空區又可能出現冒落、塌陷等危險，而通過聲發射監測系統的使用，將有效地提高在采礦當中的安全性和穩定性，確保工作人員的人身安全，將地壓危害降低到最低。

1 監測方法

地壓監測主要技術有電測法、光測法以及聲發射法。聲發射使用較為簡單，且符合經濟性原則，能夠進行實時監測，同時進行預報，對企業的經濟要求不高。并且監測的穩定性高，具有先進性和可靠性。

STL-12型聲發射定位與監測系統在SDL-1的基礎之上，通過有效的改進和完善，先進性更加明顯。其中心處理單元是586高可靠性的工控主板，以12道高速同步并可超前或延時觸發的A/D板為模數轉換接口，同時配有12道程控放大、程控通頻帶、程控觸發電平（八級）的放大板與工控專用電源及其輔助電路。能夠對巖體進行有效的分析和預報，從而采集有關數據、進行參數設置、了解地質結構等。如圖1所示，是其技術指標圖。

2 數值模擬

2.1 進行參數計算，建立模型

以下主要以某鐵礦的實際應用為例，該鐵礦閃長巖是其主要的頂板巖石，整體穩定性較好，矽卡巖在局部有分布，穩定性不佳。由閃長巖和大理巖構成底板，矽卡巖依舊分布在局部位置。通過取樣，其力學參數如圖2所示。

在建立模型之時要嚴格結合礦體的各方面的情況，比如位置情況、賦存條件，及其在開挖之后將會受到影響的區域，從而建立三維模型。所建立的模型長取值為200米，寬取值300米，高取值320米。礦體的厚度是60米，開采中段有三個。為了確保符合一定的精確度要求，同時提高計算的效率，因此在一些單元劃分較密，主要包括了礦柱、空區頂以及底板部分。和采空區關系較小，距離較遠的部分就劃分較稀。所有有關部分所劃分的單元總共7.7萬個。同時要求模型的移動受到一定的限制，比如對于側面，應該限制其水平移動，對于地面，則需要對垂直移動有所限制，將巖體自重力施加于模型上部。

2.2 結果分析

在計算分析當中，主要運用了FLAC3D，最終得到其位移云圖，以及應力云圖。

通過對比開挖前后的狀況，以及計算結果可知，水平位移、應力值在-20米之時，兩者數值都偏小，由此可見在該采礦作業當中，中段圍巖受到采空區的影響不大。通過開挖深度加深，直到負80米之時，兩項數值增加十分明顯。這說明隨著開采時間在不斷加長，發生冒落塌陷危險的幾率更大，因此必須對該階段進行著重監測。在-130米之時，數值進一步加大，危險系數也隨之加大，加之在這個深度還設置了泵房、生產采場等，一旦發生危險，不僅將嚴重影響在空區的各項工作，導致地壓災害，而且將對在該階段作業的工作人員造成人身安全威脅。因此在該階段也應該注重監測，及時的發現危險排除危險。

3 建立監測系統

根據以上的模擬結果建立監測系統，同時應該充分結合該礦山的具體情況，綜合各方面的情況最終決定選擇了12個監測地點。具體的-85米水平監測位置如圖3所示，-130米如圖4所示。

同時依據設計在現場進行布點，安裝相應的傳感器，開鑿監測硐室，以及進行布線工作。對于井下線纜的設置，應該要盡量和巷道壁接近，并且注意所選擇的高度應該科學合理，在進行懸掛敷設之時還應該充分考慮之后的維護工作，以及必要之時的更替。在水平的巷道中懸掛線纜，應該注意間隔問題，通常情況是間隔0.4米左右，在進行傳感器的安裝之時要有所預留，以便于之后的線纜敷設。立足于現場的實際情況，從而決定使用架空方式。電力電纜應該和其他的線纜有一定的距離，以免在進行爆破等工作之時，線纜因此遭受破壞。同時為了確保線纜的安全性，應該懸掛有關的標志，可以在巷道之中標明，或者在岔口之處標明。

4 結論和建議

第一，通過實例分析，成功地應用聲發射監測系統，不僅對該礦山的開采提供了安全性和穩定性保障，及時地了解空區的實際情況，以便于做出正確應對。有效地提高了開采工作的安全性，確保日常工作的順利進行，確保了工作人員安全。同時也為其他類似礦山的開采過程當中，面對空區進行有效監測，提供了成功經驗。第二，FLAC3D軟件的使用，對于模型進行了相關計算，分析了在圍巖應力，以及位移的變化規律。由此而確定了在作業過程當中容易發生危險的地段，進而進行重點監測，為該監測系統的構建提供依據，進一步確保了監測的有效性。第三，通過建立STL-12聲發射監測系統，最終對兩個敏感區進行了有效監測，即-85米，以及在-130米段。通過實時監測，充分發揮了該技術的先進性，為相關工作人員的作業提供了科學依據。切實保護了有關工作人員的安全性，確保各項工作的有序開展。

為了進一步提高采礦工作的安全性和穩定性，以及確保該監測系統的有效性，需要采取以下幾個措施：首先做好日常的地壓監測工作，注意進行觀察，同時將監測所得的各項數據做好相關記錄，制作報表等，以便于之后的查詢和判斷使用。其次，對于重點監測部分，要充分了解空區的分布狀況，設計相關的監測圖紙，合理安排監測探頭。最后成立專門監測小組，使之能夠及時地監測各個區域，準確地了解其變化規律。為了進一步確保空區監測的有效性，提高安全性，這就要求要不斷地完善監測系統，確保其監測的完整性和全面性。對于容易發生冒落等危險的部位，應該設置監測網，實施全面實時的監測。同時通過互聯網系統集中的對所有監控地點進行統一的控制，確保監測信息共享的及時性和準確性，進一步地提高監控穩定性。

5 結語

綜上所述，在采空區地壓監測當中使用聲發射監測系統，要求要立足于采礦區的具體情況，進行數值模擬，最終根據計算結果建立監測系統，安排具體的監測。同時在監測過程當中做好有關記錄，提高信息的共享性，確保整個作業的安全性。

參考文獻

[1] 張洋.東河灣鐵礦采空區地壓災害監測與預報技術

研究[D].河北聯合大學，2013.

[2] 陳龍.陳貴劉家畈鐵礦綜合地壓監測方案研究

[D].武漢工程大學，2013.

[3] 劉希靈.基于激光三維探測的空區穩定性分析及安

全預警的研究[D].中南大學，2008.

[4] 肖術.采空區聲發射實時監測系統管理平臺研究

[D].武漢科技大學，2012.

[5] 付占宇，彭府華.采空區上覆巖層穩定性聲發射監

測可行性研究[J].采礦技術，2011，（4）：

77-79.