视频测井系统在龙桥铁矿采空区监测中的应用

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[摘要]龙桥铁矿采用上海地学仪器所JSP-1视频测井系统对采空区进行监测，本文系统介绍了该矿区地压监测孔系统的构成及工作原理，监测效果明显，可在矿区推广应用。

[关键词]铁矿 视频测井系统

[中图分类号] P631.8+1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-168-2

0引言

龙桥铁矿自2006年投产，经过近八年的生产开采，矿区东部已形成了较大的采空区，为了及时了解空区动态，满足采空区监测需要，2008年9月龙桥铁矿收集了一些国内类似矿山采空区检测方法及其所用的仪器设备，如上海地学仪器研究所的视频测井系统、安庆铜矿的CMS探测系统、江西理工大学推荐的探地雷达系统及东北大学的浅层地震仪勘察系统，最后根据龙桥铁矿采空区的实际情况及与上述单位沟通了解，选定上海地学仪器研究所的视频测井系统作为龙桥铁矿地压监测系统。

1地压监测系统的构成及工作原理

1.1地压监测系统的构成

地压监测系统由由视频测井仪、视频探头、测井绞车（包括集流环）、测井电缆、井口滑轮、笔记本电脑组成。其结构如图1所示。

1.2系统工作原理

井下仪（视频探头）由地面钻孔下放至采空区，视频探头拍摄到的孔壁周围及下部的全景图片通过电缆传送到地面视频测井仪后在传至电脑显示，监测人员就可实时观看孔壁四周的图像，与此同时井口滑轮将深度信号传输到地面仪（视频测井仪），由电脑记录下监测过程中该深度与时间点时的图像，由此可以得出空区渣石堆高度和地板高度。

2监测点线布置

根据矿山现有采矿活动区域，龙桥矿地压监测孔沿勘探线布置，为了即将引进的CALS三维激光检测仪，监测孔控制半径50m左右，具体监测点布置见图2。

3监测效果

3.1采矿方法及工艺

鉴于龙桥铁矿矿体特点，多种采矿方法并用才能取得比较好的采矿效果，在矿体的边角区域薄矿体采用房柱法，另外根据矿体的厚度及赋存条件不同还采用了有底柱崩落法和充填法进行采矿；在矿体真厚度30米以上厚大矿体部分采用无底柱分段崩落法进行采矿。根据龙桥铁矿矿床地质构造特征可以确定当采空区暴露到一定面积时采空区顶板岩石会自然冒落的。在采用无底柱分段崩落法采矿区域沿走向布置采矿进路，每200米两端布置出矿联络道，中间进行切割向两端退采，结构参数是：分层高度12.5米，进路间距15米，上下分层进路呈菱形布置。采矿工艺采用暂留矿石作覆盖层和顶板岩石自然冒落相结合的工艺方法（图3、图4、图5、图6），具体做法是从第一分层开始，把崩落矿石的70%—80%留在采空区，第二分层崩落矿石留40%—50%在采空区，这时空区留矿的厚度已达24米，此时视其空区暴露面积、暴露时间和顶板岩石的冒落高度确定第三分层的放矿制度。从第一分层开始采矿起在出矿控制上做到每条出矿进路的眉线处不准与空区相通，已形成的空区与其它工程的通道进行封闭以防止空区中可能出现的较大面积冒落产生压缩气流造成危害。当矿体采矿结束时因采空区的暴露面积扩大崩落时间增长，冒落岩石的厚度满足垫层的要求，最后放出存在空区里的矿石。

3.2采空区现状与监测管理

龙桥铁矿从采矿开始就重视矿山的地压管理工作，早在2007年2月就委托江西理工大学进行了龙桥铁矿岩层监控技术研究，测试了龙桥铁矿的基础岩石力学数据；2008年开始与江西理工大学、哈尔滨黄金设计研究院组成的产学研结合的龙桥铁矿采空区监测及岩石冒落规律研究的课题组，几年来开展了大量的研究工作。

（1）江西理工大学于2008年6月提交《龙桥铁矿岩层监控技术研究》，获得了龙桥铁矿的基础岩石力学数据。

（2）2009年12月，江西理工大学提交了《龙桥铁矿采空区监测及岩石冒落规律研究》年度报告，报告认为随着采矿活动的进行，空区暴露面积逐渐增大，，采空区顶板岩层移动将持续进行，促使采空区顶板岩层冒落；围岩二次应力场的现场监测结果表明：龙桥铁矿地下采矿活动引起的二次应力场变化情况不明显，没有产生大面积来压现象，在目前这种状态下，矿区整体是处于稳定的。

（3）2010年12月，江西理工大学提交了《龙桥铁矿采空区监测及岩石冒落规律研究》年度报告，报告认为基于平衡拱理论，拱的高度与采空区倾向方位的跨度成正比。因此，采空区倾向方位跨度能否增加，是采空区顶板岩层冒落与否的关键所在，依据龙桥铁矿矿体赋存状况，随着后续矿体的开采，将使采空区的倾向跨度逐步增加，这最终可促使采空区顶板岩层移动冒落。围岩二次应力场的现场监测结果表明：龙桥铁矿地下采矿活动引起的二次应力场变化稳定，没有产生大面积来压现象，在目前这种状态下，矿区整体是处于稳定的。

截止到2011年4月底，龙桥铁矿有两个采空区，大采空区分布在8线～7线，东西长767.0米，南北宽平均152.8米，暴露面积117188.6m2；小采空区位于6线-279米、-295米分层，南北长64.8米，东西宽平均15.0米，面积为980.7m2。

在采空区管理上除前面采矿工艺所规定的控制放矿保证采空区中矿石、岩石垫层的厚度符合矿山安全规程的要求外，目前各分层通往采空区的所有通道均已封闭，封闭的方式有两种即压渣封闭和浇注砼墙封闭。

为了查明顶板围岩冒落情况，在地表施工监测钻孔通过仪器测量，获取岩层冒落高度数据，为采空区管理、采矿方法研究、放矿管理、损失贫化管理提供依据。自2008年3月至2011年4月，施工6个观测钻孔，其中CZK01、CZK03自2009年4月起开始逐月监测，取得成果如下表：

从两个监测孔所观测的数据来看：CZK01孔观测的空区是2007年4月最后形成并封闭的，到2009年6月冒落的高度为11米，在空区里矿石垫层上部形成约18米厚的岩石垫层，CZK03孔观测的空区位于4线，该采场于2008年4月开始切割到2009年6月回采结束形成采空区。由于4线采区南北宽度只有100米，暴露时间短，仅1年时间就冒落7.25米，在空区里矿石垫层上部形成约11.6米的岩石垫层。CZK01钻孔自2009年7月后冒落不明显，CZK03自2010年4月后冒落亦不明显，这与江西理工大学提交的《龙桥铁矿采空区监测及岩石冒落规律研究》2010年度报告结论相符。

4结语

视频测井系统本是作为灌注桩和钻孔的成孔质量监测工具，考虑其携带方便，快速准确，且数据和图片皆可见，能保证监测系统获得大量的实测数据，故而将其作为龙桥矿的地压监测系统，为矿山安全施工提供可靠的依据，可在矿区推广使用。