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采空区监测有哪些方法?

采空区会引起矿柱变形、岩移及地表塌陷等地质灾害,空区突然垮塌会造成人员伤亡和设备破坏,给矿山安全生产、矿山环境、人员生命财产构成严重威胁。对采空区进行监测预警对矿山的地压灾害予以提前预警预报,有利于矿山企业提前采取应对措施,避免灾害性事故发生。采空区在线监测及预警系统通过建立适合矿山实际情况的地压监测网,对地压进行长期有效的监测,矿山之星实现对采空区冒落以及地面沉降(或地表塌陷、地表变形)等采空区引起的地质灾害进行有效的监测和预警。
工具/原料
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监测设备

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监测软件

采空区监测方法概述
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采空区监测手段包括:钻孔(轴向)应力监测、微震(声发射)监测、巷道收敛监测、岩体应力监测、地表变形监测、井下位移监测、顶板热像监测、分布式光纤监测等。

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在实际应用中,通常是根据矿山的实际情况,多种监测手段相互弥补,综合监测。

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其中,钻孔(轴向)应力监测、微震(声发射)监测、巷道收敛监测是应用最多,适用最广的监测技术。

钻孔应力监测
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钻孔应力在线监测及预警系统是通过监测岩石的应力变化来实现地压监测的在线监测及预警系统。应力监测系统目前在采空区、山体边坡、地下工程、桥梁、隧道、大型基坑、水电工程、码头工程等多个领域都被广泛应用。

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矿山之星根据矿区的地质构造,结合岩土力学知识选定多个监测点;在每个选定位置钻孔的孔底和孔口锚固一根或者多根钢绞线,形成一个覆盖全面的监测网络;

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当孔底处的岩石应力改变时,钢绞线的受力必然会改变;多功能传感器会将钢绞线受力数据上传到监测中心,达到警戒值时主动预警。

微震监测
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大量研究资料表明,岩体结构在破坏之前,必然持续一段时间以声的形式释放积蓄的能量。这种能量释放的强度,随着结构临近失稳而变化。每一个声发射与微震都包含着岩体内部状态变化的丰富信息,对接收到的信号进行处理、分析,可作为评价岩体稳定性的依据。因此,可以利用岩体声发射与微震的这一特点对岩体的稳定性进行监测,从而预测岩体塌方、冒顶、片帮、滑坡和岩爆等地压现象。

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监测参数主要包括:a)震源,即微地震震源,岩体失稳发生点;b)事件率,即频度,单位时间声发射和微震的发生次数;c)振幅,与震级对应,反映了事件的强度;d)能率,单位时间内的能量;e)事件变化率和能率变化,单位时间内的事件率和能率变化;f)频率分布,声发射和微震的频率范围态势分布。

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声发射和微震伴随着岩体失稳的整个过程,因此跟踪监测声发射和微震,掌握该区域岩体的监测参数变化可有效分析和预警地质灾害的发生。

巷道收敛监测
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巷道开挖之前,岩体处于一定的应力平衡状态。开挖后巷道周边围岩发生卸荷回弹和应力重新分布,围岩由3向应力状态转向2向应力状态。因而临空面的岩体首先变形、滑移、断裂、脱落。通过巷道收敛监测数据,可了解巷道围岩的变形特点,研究其垮塌模式,为巷道设计及支护参数提供科学依据,从而提高巷道支护质量,降低巷道失修率,确保安全生产。

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巷道表面收敛监测:在巷道断面安装多个刚性轴向位移计,监测数据实时汇总至专用分析软件,及时计算并显示巷道断面收敛量和收敛面积等信息。该模式如图所示

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巷道内部变形监测:该模式如下图所示,通过向巷道围岩内钻孔,安置单点或多点位移计。监测巷道围岩内部的形变量。该方法通常应用于围岩偏软、稳定性比较差的巷(隧)道。巷道变形的主要原因来自于原有应力平衡被打破,即是说应力是因位移是果。因此有条件可同时兼顾应力与位移监测,二者相结合,通过专业分析软件获得更直观的信息。

注意事项

在实际应用中,通常是根据矿山的实际情况,多种监测手段相互弥补,综合监测。

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