采空区易引发矿柱变形、岩层移动及地表塌陷等灾害,一旦突发垮塌,将直接威胁人员生命安全、损毁生产设备,严重影响矿山安全生产与生态环境。开展采空区动态监测与风险预警,可及时识别地压异常演化趋势,为矿山企业提供科学、精准的灾害前兆信息,助力其提前部署防控措施,有效防范重大安全事故的发生,切实保障生产安全与人民生命财产安全。
1、 采空区监测手段多样,涵盖钻孔轴向应力监测、微震与声发射监测、巷道围岩收敛变形监测、岩体内部应力监测、地表沉降与位移监测、井下多点位移监测、顶板红外热像监测,以及基于光纤的分布式应变与温度监测等技术。
2、 实际应用中,常结合矿山具体条件,采用多种监测手段协同互补,实现全面综合监测。
3、 钻孔轴向应力监测、微震(声发射)监测及巷道收敛监测是当前应用最广泛、适应性最强的三类监测技术。
4、 该系统实时监测岩体应力变化,实现地压的在线监控与自动预警功能。
5、 应力监测系统已广泛应用于采空区、山体边坡、地下工程、桥梁、隧道、大型基坑、水电站及码头等各类基础设施与地质工程中。
6、 矿山之星依据矿区地质构造与岩土力学原理,科学布设多个监测点;在各点钻孔后,于孔底及孔口锚固一根或多根钢绞线,构建起覆盖全面、响应灵敏的立体监测网络。
7、 当孔底岩体应力发生变化,钢绞线受力随之改变;多功能传感器实时采集数据并传至监测中心,一旦达到预警阈值,系统立即发出警报。
8、 大量研究表明,岩体在发生破坏前,会持续以声波形式释放内部积聚的能量。这种能量释放的强度随岩体失稳进程逐步增强,呈现出明显的阶段性变化。每一次声发射或微震事件,均蕴含着岩体内部裂隙萌生、扩展及结构劣化等关键状态信息。通过对采集到的声信号进行滤波、定位、参数统计与模式识别等分析,可有效判识岩体当前的损伤程度与发展趋势。基于这一物理机制,声发射与微震监测技术已成为评估岩体稳定性的核心手段,广泛应用于预测塌方、冒顶、片帮、滑坡及岩爆等地压灾害,为工程安全预警提供可靠依据。
9、 监测参数主要包括:
10、 震源指岩体失稳产生微地震的具体位置。
11、 事件率指单位时间内声发射与微震发生的频次。
12、 振幅反映地震事件的强度,与震级相对应。
13、 功率:单位时间内传递或转换的能量。
14、 事件变化率与能率变化,指单位时间内事件发生频率及能量释放速率的变动。
15、 声发射与微震事件的频率分布特征。
16、 声发射与微震贯穿岩体失稳全过程,持续监测其活动特征及参数变化,有助于准确识别岩体变形趋势,及时评估地质灾害风险并实现早期预警。
17、 巷道开挖前,岩体处于原始应力平衡状态;开挖后,周边围岩因卸荷而产生弹性回弹,应力场随之重新分布,由三向受力逐步转为双向受力。临空面岩体首当其冲,出现变形、滑移、破裂乃至局部剥落。通过持续监测巷道收敛变形数据,可准确把握围岩变形规律与破坏演化过程,深入分析失稳垮塌机制。这些实测信息为优化巷道断面设计、科学选定支护形式及参数提供了关键支撑,有助于提升支护系统的可靠性与适应性,有效控制巷道变形与维修频次,切实保障井下作业安全与长期稳定。
18、 巷道表面收敛监测通过在断面布设多个刚性轴向位移计实现,采集数据实时上传至专用分析软件,自动计算并动态显示断面收敛量、收敛面积等关键参数,直观反映围岩变形状态。
19、 巷道内部变形监测采用钻孔埋设单点或多点位移计的方式,直接获取围岩内部的位移变化数据。该方法适用于围岩较软、整体稳定性较差的巷道或隧道工程。巷道变形本质上源于原始地应力平衡状态被扰动,即应力重分布是诱因,围岩位移是响应结果。为全面把握围岩力学行为,建议同步开展应力与位移联合监测:一方面捕捉应力场演化,另一方面记录位移发展过程;再借助专业分析软件进行数据融合与可视化处理,从而更准确、直观地评估围岩稳定性及支护效果。
