金属矿山采空区灾害辨识与控制技术

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金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 ——
地压监测结果（山东莱芜谷家台铁矿） 地压监测结果（山东莱芜谷家台铁矿）
2845.56 2845.55 2845.54 mGal 2845.53 2845.52 2845.51 2845.5 m 2845.49 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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金属矿山采空区危险源辨识技术——微重力法 金属矿山采空区危险源辨识技术——微重力法 —— 矿山地形是影响重力测量效果的重 要因素。因此采用了GPS 要因素。因此采用了GPS - RTK 测 量方法，快速准确的获得测点高程， 量方法 ，快速准确的获得测点高程， 误差精度小于0 01m 误差精度小于0.01m，对重力测量进 行了地形改正。 行了地形改正。
-100
-150
-200
-250
-300
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-400
-450
-500 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Nhomakorabea 究 成 果
金属矿山采空区危险源辨识技术——地质雷达 金属矿山采空区危险源辨识技术——地质雷达 ——
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金属矿山采空区危险源辨识技术— 金属矿山采空区危险源辨识技术—三维地震仪
需要钻孔 已定位的空区
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金属矿山采空区危险源辨识技术——综合探测技术 金属矿山采空区危险源辨识技术——综合探测技术 —— ②提出了一整套准确辨识未知采空区危害的综合探测流程 提出了一整套准确辨识未知采空区危害的综合探测流程
分析现场条件， 分析现场条件，确定工作方法 高密度电法 地质雷达法 瞬变电磁法 微重力法 可控源法 弹性波法
冒落岩石 冒落岩石
邯邢冶金矿山管理局西石门铁矿采空区三维激光扫描成果图
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金属矿山采空区危险源辨识技术——综合探测技术 金属矿山采空区危险源辨识技术——综合探测技术 —— ① 通过大量的现场试验，综合分析了各种方法的适用性 通过大量的现场试验， 探测方法 高密度电法 瞬变电磁法 微重力法 可控源法 地质雷达法 弹性波法 激光扫描法 最大探测距离
一次磁场 接收线圈 接收机 参考电缆 发射机
发射线圈
目标体 二次磁场
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金属矿山采空区危险源辨识技术——瞬变电磁法 金属矿山采空区危险源辨识技术——瞬变电磁法 ——
钻探推测采空区 充水采空区
西石门铁矿南区瞬变电磁法探测视电阻率剖面图
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金属矿山采空区危险源辨识技术——微重力法 金属矿山采空区危险源辨识技术——微重力法 —— 微重力法通过对重力异常的测量 微重力法 通过对重力异常的测量 ， 通过对重力异常的测量， 可以得出地层密度的不均匀分布情 况，进而推断采空区的位置。 进而推断采空区的位置。
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金属矿山采空区危险源辨识技术——激光扫描法 金属矿山采空区危险源辨识技术——激光扫描法 ——
40m中段 控制台 X 4988.15 Y 6736.45 Z 40 连接杆 X 4995.61 Y 6730.63 Z 40
0m中段
塌落孔 X 5003.84 Y 6725.11 Z 40 方位角 124
多测点 量程+ 量程+ / -3000με
灵敏度1με 灵敏度1με 精确度± 精确度±1με
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金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 —— ②应用光纤微震监测系统监测围岩微震动信号 应用光纤微震监测系统 光纤微震监测系统监测围岩微震动信号
国务院河北邢台石膏矿塌陷特大事故调查
矿房超宽超高，大量采空区造成顶板暴露面 矿房超宽超高， 积过大，是事故的直接原因。 积过大，是事故的直接原因。
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金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 —— ①应用光纤光栅顶板位移监测系统监测顶板应力变形
动态范围80 动态范围80 dB 频率响应10 10频率响应10-100Hz 灵敏度0.005m/s 灵敏度0.005m/s2
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金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 金属矿山近采空区安全开采技术——光纤光栅地压监测技术 —— 对山东莱芜谷家台铁矿采空区围岩稳定性进行监测， 对山东莱芜谷家台铁矿采空区围岩稳定性进行监测，布置 了10个光纤位移计、10个光纤矿压计、4个光纤震动传感器。 10个光纤位移计 10个光纤矿压计 个光纤震动传感器。 个光纤位移计、 个光纤矿压计、
2001年7月17日，广西南丹拉甲坡矿 年 月 日 发生采空区透水事故，造成81人死亡 发生采空区透水事故，造成 人死亡 2003年2月，武安市下团城村民采空 年 月 区突然陷落事故，造成村内房屋开裂， 区突然陷落事故，造成村内房屋开裂， 引发了一场长达5年的群众上访事件。 引发了一场长达 年的群众上访事件。 年的群众上访事件 2009年3月29日西石门铁矿北采区发 年 月 日西石门铁矿北采区发 生空区透水事故， 人被困井下 生空区透水事故，8人被困井下
对称四极温纳（ 对称四极温纳（WN）测量方式 ） 探测原理图
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金属矿山采空区危险源辨识技术——高密度电法 金属矿山采空区危险源辨识技术——高密度电法 ——
西石门铁矿南区高密度电法探测视电阻率剖面图
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金属矿山采空区危险源辨识技术——瞬变电磁法 金属矿山采空区危险源辨识技术——瞬变电磁法 —— 瞬变电磁法以地层导电性差异为基础 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 以地层导电性差异为基础， 脉冲方波瞬时产生一个向地下传播的一次磁场， 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， 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。 测量地下地质体的电性分布情况。
采空区是引发金属 矿山地压灾害和水 害的主要原因之一
在采空区灾害研究方面主要有4个热点： 在采空区灾害研究方面主要有 个热点： 个热点 不明民采空区隐患 大型采空区失稳和地表塌陷 复杂采空区环境下安全开采技术 采空区隐患治理 探测 评价 监测 充填
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金属矿山采空区危险源辨识技术——高密度电法 金属矿山采空区危险源辨识技术——高密度电法 —— 高密度电阻率法是一种阵列式的电法勘探方法 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 是一种阵列式的电法勘探方法， 标体与围岩之间的导电性差异为基础， 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。 的电性参数特点，判定矿山采空区的位置、深度和范围。
200-300m 1000-2000m 100-1000m 1000-2000m 20-40m 100-2000m 150m
优点
高分辨率 大侧深 测量范围大 大测深 高分辨率 高分辨率 准确
缺点
地形受限 解译难 对空区不 灵敏 干扰大 距离短 不便携
适用性
平原、浅层 深部 区域性构造 深部 井下近距离 多种复杂情况
中铝山西孝义铝矿相王矿区 重力探测成果图
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金属矿山采空区危险源辨识技术——可控源大地音频电磁仪 金属矿山采空区危险源辨识技术——可控源大地音频电磁仪 ——
0
-50 4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
国务院河北邢台石膏矿塌陷特大事故调查 2005年 11月 2005 年 11 月 6 日 ， 河北邢台石膏矿采空区大规模塌陷 ， 河北邢台石膏矿采空区大规模塌陷， 并波及地表建筑，造成康立、 并波及地表建筑， 造成康立、太行两矿的十多间平房和和 一座二层楼房倒塌。导致33人死亡，直接经济损失744万元。 一座二层楼房倒塌。导致33人死亡，直接经济损失744万元。 33人死亡 744万元
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金属矿山采空区危险源辨识技术— 金属矿山采空区危险源辨识技术—核磁共振找水仪
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金属矿山采空区危险源辨识技术——激光扫描法 金属矿山采空区危险源辨识技术——激光扫描法 —— 激光扫描法以激光测距技术为基础 通过预先钻的洞， 激光扫描法以激光测距技术为基础，通过预先钻的洞，插入 以激光测距技术为基础， 到采空区内部，快速而安全地勘查采空区内情况。 到采空区内部，快速而安全地勘查采空区内情况。
The Study On Metal-mine Goaf Detection And Control Techniques etalDetection
金属矿山采空区灾害辨识与控制技术
中国安全生产科学研究院 矿山安全技术研究所
2010年 2010年4月
采空区
我国金属矿山采用空场采矿法的比重约 53. 形成了大量未处理的采空区。 占 53.5% ， 形成了大量未处理的采空区 。 80% 的地下金属矿山存在采空塌陷灾害， 80% 的地下金属矿山存在采空塌陷灾害 ， 每年造成的损失达4亿元以上。 每年造成的损失达4亿元以上。
圈定采空区范围 不能 能 设计验证钻孔 未揭露采空区 揭露采空区 扩孔、 扩孔、探入三维激光钻孔扫描仪 获得采空区空间形态
经多次现场试验， 经多次现场试验，该方法可以实现采空区灾害的准确辨识
应 用 效 益
在众多金属矿山企业获得应用
广西高峰矿业有限责任公司 中国五矿集团邯邢冶金矿山管理局西石门铁矿、 中国五矿集团邯邢冶金矿山管理局西石门铁矿、符山铁矿 中国铝业集团山西分公司孝义铝矿 河北省武安市下团城村、东万安村、杨沟村周边10个铁矿 河北省武安市下团城村、东万安村、杨沟村周边10个铁矿 中国五矿集团香炉山钨矿 广东省大宝山铁矿 山东莱芜谷家台铁矿 北京首云铁矿