人工矿柱回采顶板压力监测和预警技术研究

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人工矿柱回采顶板压力监测和规律研究

研究思路

在用人工矿柱替换矿石矿柱的方法对矿柱回采的过程中，巷道周围岩体应力将会发生改变。如果应力应变的变化幅度较大，巷道的顶板可能会发生冒落的现象。为了使回采过程中不发生灾难事故，采用数值模拟和现场监测的技术手段构建回采矿场的数值模型、顶板压力及矿柱压力监测系统来对采空区围岩及其支撑构件（矿柱）组成的结构的稳定性进行评估。对于顶板压力规律的研究主要通过数值模拟方法，对于现场顶板压力的监测采用以下几种手段。

一、现场监测

在现场安装应力、位移监测设备来分别监测矿石矿柱、人工矿柱、顶板的应力应变的变化。通过记录、对比、分析回采矿柱过程中各监测点的观测数据，评估整个岩体的稳定性。

1、矿石矿柱的应力变化监测。回采过程中顶板如果发生向下的移动，矿柱上所受到的压力也发生相应的变化。按比例选择若干个矿石矿柱并安装压力传感器，比较回采之前测点的压力值和回采之后的压力值，用于评判回采作业对整个岩体的影响。

（1）声发射检测仪。可以全天候实时性的对岩体进行监测，监测结果反映了岩体稳定性的发展趋势。特点监测范围广，可实现声源的定位，可同时对矿柱和顶板进行监测。

（2）光弹应力计。根据光测弹性力学原理，当光弹应力计受力后，产生干涉条纹，用袖珍式光弹仪观测。参照室内资料确定主应力的方向和应力的变化。

优点：造价低，实用性强。缺点：灵敏度差，不易遥测，以适应长期使用。 （3）钻孔应力计。在安装使用时，可根据需要设置到钻孔中15m以内的任意位置，可选择测力方向，安装方便，它通常与GSJ－2A型电脑检测仪配套使用，可直接读出应力值来。

量程:20、40、60MPa 精确度：0.5％ 、1.0％

2、回采过程中通过对顶板位移监测，可以对顶板来压进行预报。主要通过测量顶板和底板之间的距离及两者的移近速度来确定顶板压力的变化。

（1）AKY-82型顶板动态仪。主要是用于测量岩层位移变化情况，测量顶底


板移近量、移近速度，进行采场来压预测，检测支撑压力高峰位值等，是采场矿压观测的基本工具。

量程：0-200mm 精度：0.01mm

（2）YHW150型顶板位移监测报警仪。用于井下监测顶板沉降的仪表，具有监测报警的功能，是沉降动态仪的代替品。体积小，使用时间长，直观方便。

（3）多点位移计。监测顶板岩层分离时产生的位移量的专业仪器，适用于采用锚杆、锚索支护的巷道顶板位移的监测。

3、人工矿柱的监测。随着回采进度的一步步实施，实时的监测人工矿柱对顶板起到的实际支撑力，以此来判断整个岩体的稳定性。

（1）压力盒。适用于测量矿山支柱、横梁、砌石等处承受的力，以及用于机械上测力或称重。可用于单体液压支柱维修后的性能检测，也可用于井下支柱、棚架等的各种压力检测。

（2）差动电阻式应力计。适用于安装在混凝土或建筑物内部的监测混凝土内部压应力的应力计。

4、KD－2型有线多点巡测系统。对所有监测点进行统一的编号，将数据进行整理显示在屏幕上同一个界面的软件系统。

二、数值模拟

以实测数据为基础,采用FLAC-3d软件建立了采空区的三维模型,准确获得了采空区的三维空间形态，实际边界等相关信息, 对矿场矿柱回采前后的顶板压力、永久性支撑结构的受力情况进行模拟、比较，分析矿柱回采过程对整个矿场巷道的影响，并与最终监测结果进行对比，分析得到顶板压力的分布规律，进而对巷道安全稳定性进行评价。

模拟方案及研究对象：

1、采空区顶板岩体和矿柱的稳定性分析。对矿柱回采前和回采后的顶板及矿柱的应力分布情况进行模拟和对比，以此来评价回采后采空区的稳定性。

2、选择最佳的矿柱回采顺序。不同的回采顺序可能会有不同应力重新分布，通过模拟矿柱不同的回采顺序对采空区顶板和矿柱的应力重分布的影响，从中选择应力变化相对小的回采顺序。

3、矿柱回采的过程中，采空区周围岩体位移分布规律。研究和分析矿柱回


采前后采空区周围岩体的应力与位移的变化情况及其分布规律。

三、采用经验公式法和极限平衡法对顶板压力分布规律进行研究

影响混凝土柱稳定性的主要因素有：矿柱荷载、矿柱形状及高宽比、混凝土强度等级、施工质量、由于施工工艺及混凝土收缩等方面的原因，混凝土人工矿柱与矿体顶板的接顶，顶板压力的变化将直接影响混凝土矿柱的承载能力，进而影响采场的整体稳定，对此，可根据具体情况计算混凝土柱承载力分析得到顶板压力的分布规律，评价其安全稳定性。

四、尚存在的问题

1、是否需要采用极限平衡法对矿柱回采前后采空区的稳定性进行分析评价。 （特大采空区下矿柱回采的安全性评价_郑学敏）

2、离层仪对本课题是否有作用。离层仪，监测围岩发生离层的部位和离层的大小。

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