矿山地压监测

中国矿业第21卷

为了科学、合理利用矿山资源，需要对开挖体围岩的变形和破坏所带来的地表岩石移动、地表陷落、上部山体的次生地质灾害、开采过程中的地压显现、回采顺序、开采极限暴露面积、地压监测、上盘围岩的控制崩落及开采过程中不同围岩类型的巷道开拓支护等技术进行研究，减少由于开采而带来的安全问题，提高矿山企业的经济效益。

1地压监测的目的

采矿活动引起岩体中应力的重新分布，在某些区域产生应力集中，并积聚了很高的应变能。地压监测的目是根据采场地压活动的一般规律，在矿体回采过程中，对空区上部顶板和两侧的矿岩及矿体内应力大小及变化情况，形成一套完整的监测系统，及时准确掌握空区周边围岩变化情况及井下地压变化情况，完善矿山地压安全监测控制技术，避免灾害事故，确保安全生产。

对地压动态的监测，为采矿的安全经济和高效提供保证，地压显现及其程度取决于于地质条件和采矿的工程条件。由于矿山地质情况的复杂性和不

同的采矿工艺，不可避免的使得地压的预测预报具有一定的偏差。另一方面，矿体的开采是不断向前推进的，空间形态不断变化，使得地压显现具有动态性质。地压的动态性和复杂性，决定了对地压实时监测的必要性，只有通过监测掌握实际的地压显现情况，并结合矿山地压监测结果和施工工艺，才能正确把握地压活动特征及其发展变化趋势，为采矿工作的安全、经济和高效进行提供保障。

2监测方法的选择

根据地下矿山体应力（压力）产生的机理及表

现形式，目前国内外各种地下矿山岩体的监测可分为：原岩应力应力（压力）变化测量、变形位移测量监测；外观形态监测；内部微破坏的监测三种形式。常用的监测方法有：水准测量、沉降测量、围岩体内部位移测量、开挖空间的收敛测量、围岩体内应力测量、围岩体内破坏状况测量、围岩体内破坏过程的声频测量等。各种监测方法有其一定的监测适用范围，在选择监测方法时，应依据具体的监测目的和要求、测量的精度要求、地下工程体的环境状况、围岩体的力学特性等进行针对性的选择。

近年来，岩体位移测量技术有了长足的进步，研制了多种形式的钻孔多点位移计，并在采矿工程

矿山地压监测研究

马建兴

（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头014010）

摘要：从地压监测的目的、监测方法的选择、监测仪器的选择、监测网布置原则、地压监测研究，提出了一

些看法，对从事该研究的人员具有一定的意义。

关键词：矿山地压；应力测试；声发射测试中图分类号：TD235.1

文献标识码：A

文章编号：1004-4051（2012）zk-0384-03

The research of mine pressure monitoring

MA Jian-xing

(Mining Engineering School,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China)Abstract:The paper analyzes on ground pressure monitoring purposes,Monitor method of select ,Monitor instrument of select,Monitor net fix up and Research on ground pressure monitoring.The Author brings forward some opinion.It has some meaning for other authors of the research.

Key Words:mine ground pressure ；stress test ；acoustic emission testing

收稿日期：2012-04-17

作者简介：

马建兴（1957-），男，河北迁安人，内蒙古科技大学高级实验师，主要从事采矿工程及爆破工程的教学和科研工作，E-mail ：majianxing2002@ 。

第21卷增刊2012年8月

中国矿业CHINA

MINING MAGAZINE Vol.21,zk

August 2012

第21卷马建兴：矿山地压监测研究

及其他岩土工程中得到广泛应用。应根据矿区实际情况，选择围岩体内应力测量、岩体位移测量、围岩体内破坏过程的声发射测量。

3监测仪器的选择

3.1岩体应力测量

回采时的岩体压力监测，根据位置和精度要求的不同可选用钻孔应力计进行测量。

3.2岩体声发射测量

为了解矿柱回采时的岩体破坏情况,采用声发射仪对岩体微破裂产生的声发射进行监测与定位。当应力集中达到一定程度，应力集中区具有天然缺陷的部位将首先破坏，并因应变能的突然释放而产生应力波向外传播，这种现象称为声发射现象。声发射现象可以反映矿山岩体结构的稳定性。

声发射仪可分为单通道声发射检测仪、多通道声发射源定位和分析系统。单通道声发射检测仪可进行声发射信号的多种分析，但无法进行声源定位；多通道声发射源定位和分析系统则可进行多种分析和定位。目前的单通道声发射检测仪多为便携式，用于井下监测方便，多通道仪由多通道声发射源定位和分析系统。多通道声发射源定位和分析系统，目前多采用电缆线连接探头和主机进行实时监测，信息准确性和可靠性较高。

4监测网布置原则

为了观测受开采影响的岩体是否破坏，采集到可靠和全面的岩体变化情况，根据技术和经济的可能条件，力求体现以下原则：

1）监测点选择在受采动影响最敏感且矿岩整体性好、节理裂隙不发育的地方。

2）主要观测回采分段矿体及围岩的应力变化、空区围岩应力变化。

3）钻孔应力监测点的间距一般为60m左右。

4）声发射监测点沿矿体走向和倾向在空区周边的中心位置布置监测点。

5地压监测

地压监测通常都是多方面、多手段的综合监测。根据监测范围大、兼顾短期及长期监测等因素。本着简单、实用、经济的原则选用以下几种监测手段：①采用钻孔应力计测量压力变化值；②采用声发射仪器监测空区围岩的变化。

5.1钻孔应力计监测

钻孔应力计有振弦式和液压式两种形式，均属于电测元件。振弦式的可以实现远距离监测和自动记录，有利于地压监测自动化。

钻孔应力计工作原理：通过岩体应力变化引起钻孔变形，此变形传递至测量元件，引起元件中钢弦张力的变化，钢弦的共振频率和振动产生的电流随之发生变化。因此，测量仪表通过测量电流，并由电流—振弦振动频率—振弦张力—钻孔变形—岩体应力变化之间的关系，即可获得围岩压力的变化。

钻孔应力计以钢弦作传感元件，数字讯号输出，具有灵敏度高、抗干扰能力强、长期稳定性好、可以遥测、使用方便、过程操作重复性好等优点。

圆形承压板和油压枕间是面接触滑动配合。当油压枕固定，承压板可沿面滑动，直径随之扩大，以保证承压板与钻孔壁接触之后较快接受来自岩体的压力。油压枕是受力敏感部分，枕内充满不可压缩的真空油体，并通过导管通往传感头，构成一密封的液压系统。用数学计算的方法，也可得到较高的精度：

p i=k(f20-f21-b)（1）式中:p i为第i次测量的压力，i=1、2、3……n；f0为初始频率,Hz；f i为实测频率,Hz；b为截距（常数）；K为系数。

5.2声发射监测

岩体声发射监测是岩体在变形和破坏过程中应变能突然释放而产生的弹性应力波，它从岩体内的发源点传播到岩体表面。岩体声发射是岩体变形、破坏过程中，不同阶段的共同特征。岩体在不稳定断裂传播阶段，声发射特别明显，能量释放的大小和速度也显著增加。因此，监测并掌握岩体结构破坏时的声发射特征，就可预报工程岩体的稳定和安全程度。仪器以数字自动显示岩音事件总频度、大事件频度和能率等监测结果。总频度是岩体出现微观和宏观破裂速率的重要指标，破裂速率增长，总频度必然激增；大时间占总频度的比例，预示岩体内部应力集中的程度及其变化趋势；能率是岩体破裂速度和尺寸的重要衡量指标，提供综合分析的一个最基本参量。

测试时，将探头置于测试孔或岩缝中，探头将感受到的微弱声能并转化为电能，经放大器放大和程控带通滤波器滤波后供A／D转换，并将转换得到的数据存入高速缓冲区内，同时进行数字滤波，快速傅立叶变换、波形识别，并能立刻判断出此信号是否有用的声发射信号，记录下次事件。并将波形存入RAM盘，最后送至计算机，对数据进行分析和

385