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1　基本概况
狮子山铜矿西狮子山矿段Ⅱ～Ⅴ矿体大空区,是由4条盲矿体合并开采逐渐形成的,空区围岩坚固稳定,但在大空区下部矿体继续采用阶段崩落法回采,如不采取安全有效的技术措施,不掌握大空区的活动规律,就会给下部采矿作业带来很大的安全隐患。为此,1980年6月我矿委托马鞍山矿山研究院开展大空区顶板稳定性研究工作,在研究中提出了大空区监控的五条安全技术措施,即:①在大空区范围内的地表及坑下建立位移、压力及水位变化监测系统;②大空区顶板开设“天窗”;③大空区下部留40m厚的矿石垫层;④大空区地表圈定移动带范围,并设安全警戒标志;⑤在大空区内留一条宽为25～28m(上窄下宽)的连续保安矿柱,并将大空区再分为大小两个空区。以上安全防范技术措施逐步在我矿得以实施,为稳定我矿开采起到了较好的作用。但是,尽管我矿采取了以上措施,随着我矿不断向深部开采,采空区日益扩大,截止1998年6月30日空区体积:大空区约15616万m3,小空区约为5311万m3,合计为20917万m3。且我矿在1995年为了缓解可采矿量日益减少的矛盾,更多地回收有限的矿石资源,提出了对西山矿段17#矿柱Ⅴ#-2及Ⅴ#-3矿体进行了试采的设想,并得到公司的同意,为此我矿又与马鞍山矿山研究院合作开展17#矿柱试采及空区稳定性研究工作。通过几年的科研工作,由于采取了一些比较合理的安全技术措施,使得17#矿柱回采矿量约50万t,取得了较好的经济效益,同时对空区稳定性的认识有了进一步的提高。

2　大空区安全监控体系的建立
我矿大空区监测的目的是对空区顶板在17#矿柱开采后的地压活动情况进行综合评判,不断分析大空区的稳定情况,确保17#矿柱试采工作的顺利进行和狮子山铜矿的正常安全生产。
2.1　大空区顶板监测系统
大空区顶板监测系统包括地表观测系统和+50m平巷观测系统两部分。地表观测系统包括深部基点、水准测量、钻孔水位观测、空区高度及垫层厚度观测。+50m平巷观测系统包括巷道底板沉降观测、裂缝观测和地音仪探测。建立以上大空区观测系统,可以较为全面地反映大空区地表和顶板的变化情况。
2.2　17#矿柱监测系统
17#矿柱原来是作为确保空区稳定的安全技术措施之一,此次由于是开采的对象,所以我们在保留了原来的一些监测手段后,增加了一些新的地压监测手段,形成了一个完整的17#矿柱监测系统。
采用大应变计观测17#矿柱水平应力的变化,小应变计观测17#矿柱垂直应力的变化。同时在矿柱中的巷道内及矿柱与空区接合部埋设压力传感器和片帮仪,加上单向光弹片、收敛测点等辅助手段,形成较为完整的17#矿柱监测系统,使其可以全面地了解17#矿柱的应力变化、受力状态及变形情况。

3　大空区监测结果分析
根据以上建立的大空区安全监控体系,并以此指导我们进行了空区下部和17#矿柱的回采。通过4年的系统监测,结合1995年以前的监测资料进行综合分析,基本掌握了17#矿柱回采过程中空区的活动情况,以及17#矿柱应力变化情况。
(1)空区周围围岩稳固且完整性较好,目前处于相对稳定状态。根据地质调查和节理裂隙统计,围岩的f值为12～18,节理裂隙密度仅为0112～0137条/m,RQD(取样完好率)值大于95%,矿岩可崩性属于非常差的一级。从空区顶板监测系统捕获的相关信息表明,空区顶板没有发现异常现象,其变化值(位移、压力及水位等)几乎为零,也未发现明显的冒落。
(2)17#矿柱应力测量和现场宏观地压观测结果表明,17#矿柱不但承受空区上盘顶板的来压,而且在下盘部分矿体试采后,分布在17#矿柱的压力不断地向预留矿柱和上下盘岩体中转移,转移速度随爆破量的增减有关。在每次爆破后,预留矿柱内压力急剧增加,随后趋于稳定。

4　大空区安全监控体系的评价
根据狮子山铜矿大空区存在的现状建立的大空区安全监控体系,通过十几年的日常监测和捕获相关信息分析,并将其在矿山开采中加以应用,不仅为我矿安全开采空区下部的矿石,同时还把17#矿柱设计可采矿量的60%左右得以安全回收。而且还节约了大量的空区处理费用,为我矿近二十年来稳定生产起到了极为重要的作用,带来了巨大的经济效益和社会效益。同时这种安全监控系统还在国内类似矿山(如河北寿王坟铜矿等)推广应用。大空区安全监控体系具有以下特点和作用。
(1)狮子山铜矿建立的大空区安全监控系统,通过近20年的正常运转,表明采用顶板钻孔深部基点、地表水准测量、钻孔水位观测、空区顶板冒落观测、+50m平巷顶板下沉观测、裂隙扩展观测、地音仪、压力传感器和片帮仪等为主要监测手段的空区及矿柱回采安全监控系统,配以光应力计、单向光弹片、大小应变计、巷道收敛计等辅助监测手段,较为全面地对狮子山铜矿空区进行动态监测,实践证明也是行之有效的。
(2)空区顶板监测结果表明,目前空区顶板仍处于相对稳定状态,符合目前实际。
(3)17#矿柱监测结果表明,17#矿柱不断承受上盘的压力,且压力不断地向预留矿柱和上、下盘岩体中转移。为此,我们采取了相应的安全技术措施,对预留矿柱的结构形式进行了适当修改,在水平断面上由长方形形状改为“墙角”式,在-137m～-160m水平之间留一水平矿柱(经核实该水平矿柱矿量较少,可以不采),其主要作用是对该预留矿柱起一定的支撑作用。
(4)监测中发现爆破对空区和矿柱影响较大。据此我们在矿柱回采中的爆破设计及实施过程中采取了一些减震措施和预裂爆破技术,实践证明起到了较好的作用。

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