D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.04.001 第23卷第4期 北京科技大学学报 Vol.23 No.4 2001年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2001 耦合监控在地下主运巷塌陷区锚固段应用 蔡美峰》来兴平1,2 李长洪) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)西安科技学院能源与科学技术工程系西安710054 摘要主要阐述耦合监控技术在玲珑金矿地下主运巷塌陷区锚固段现场应用.通过对实时 耦合监控网的建造、数据信息的获取、耦合分析，发现几种引起巷道破坏的关健因素，并提出相 应的治理措施.应用结果表明耦合监控是工程结构分析中一种很有发展潜力的新方法. 关键词耦合监控：主运巷道；收敛观测；声发射：耦合分析 分类号TU451;TU454 岩石力学是实践性、综合性很强的学科，需 测手段进行耦合监测监控，并对所获得的结果 要多学科相互渗透，一般情况下，根据工程所处 进行综合分析，就可以作出比较准确和可靠的 位置的工程地质情况和工程要求，凭借经验对 判断，真正达到预测预报的目的.现场监控网覆 关键技术问题的把握，进行现场处置，其难度很 盖整个新、旧主运巷塌陷段变形破坏的影响范 大，需要借助工程地质学、岩石力学、结构力学、 围，采用5种监测手段进行监测监控：①多点位 试验工程学、监测监控等技术共同来反映和预 移计；②断面收敛测量；③水准测量；④压力监 测岩石力学性质和行为，才能有效治理工程. 测：⑤声发射测量. 玲珑金矿大开头分矿255m水平主运巷旧 具体的监测网布置如图1和图2所示. 巷采用“拱桥法”锚注加固技术于1997年完成 塌陷段加固治理工程，并将生产运输线由新巷 改到旧巷一“瓶颈工程”，至今已正常运行2 年多，效果很好.原计划在运输线由新巷改到旧 巷后再加固治理新巷，以从整体上达到长期稳 定的效果.但由于经济原因，一时无法对新巷进 行彻底加固处理.近1年来新巷的变形和塌陷 破坏极其严重，对已加固旧巷的稳定势必产生 严重影响.为此，现场建立耦合监测网，进行全 方位的实时监测，探索旧巷的地压活动规律和 稳定性状况，以及新巷围岩的变形破坏动态和 对旧巷稳定性的影响，并对危险情况作出预测 0-。收敛测线 一一多点位移计 ·山岩压力，混凝土应力测量 和预报，以便及时采取相应措施，控制主运巷的 (a)监控网布置示意图 变形和破坏，保证主运巷正常运行和生产安全， 压力枕 这对该矿的可持续发展有着重要的意义， 1耦合监控网建立 一种监控手段所获得的数据往往带有局限 性或偶然性，难以作出正确判断，而通过多种监 b)压力计安设示意图 图1旧巷道监测网布置 收稿日期2000-09-12蔡美峰男，57岁，教授 Fig.1 Inspect net arrangement of old roadway *国家自然科学基金资助课题No.50074002)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 丽 七 】 祖 一 一 藕合监控在地下主运巷塌 陷区锚 固段应用 蔡美峰 ” 来兴平 ’， 李长洪 ” 北京科技大学土木与环境工程学院 ， 北京 西安科技学院能源与科学技术工程系 西安 摘 要 主要 阐述祸合监控技术在玲珑金矿地下 主运巷塌 陷区锚 固段现场应用 通过对实时 祸合监控网的建造 、 数据信息的获取 、 藕合分析 ， 发现几种引起巷道破坏的关键因素 ， 并提出相 应的治理措施 应用结果表明藕合监控是工程结构分析 中一种很有发展潜力的新方法 关趁词 祸合监控 主运巷道 收敛观测 声发射 辆合分析 分类号 岩石力学是实践性 、 综合性很强 的学科 ， 需 要多学科相互渗透 ， 一般情况下 ， 根据工程所处 位置 的工程地质情况 和工程要求 ， 凭借经验对 关键技术问题的把握 ， 进行现场处置 ， 其难度很 大 ， 需要借助工程地质学 、 岩石力学 、 结构力学 、 试验工程学 、 监测监控等技术共 同来反映和 预 测岩石力 学性质和行为 ， 才能有效治理工程 玲珑金矿大开头分矿 水平 主运巷 旧 巷采用 “ 拱桥法 ” 锚注加 固技术于 年完成 塌 陷段加 固治理工程 ， 并将生产运输线 由新巷 改到 旧 巷— “ 瓶颈工程 ” ， 至今 已 正常运行 年多 ， 效果很好 原计划在运输线 由新巷改到 旧 巷后再加 固治理新巷 ， 以从整体上达到长期稳 定的效果 但 由于经济原 因 ， 一时无法对新巷进 行彻底加 固处理 近 年来新巷的变形 和塌 陷 破坏极其严重 ， 对 已 加 固 旧巷的稳定势必产生 严重影响 为此 ， 现场建立藕合监测 网 ， 进行全 方位的实时监测 ， 探索 旧巷 的地压活动规律和 稳定性状况 ， 以及新巷 围岩 的变形破坏动态和 对 旧巷稳定性 的影 响 ， 并对危险情况作 出预测 和预报 ， 以便及时采取相应措施 ， 控制主运巷的 变形和破坏 ， 保证主运巷正常运行和生产安全 ， 这对该矿 的可持续发展有着重要 的意义 测 手段进行藕合监测监控 ， 并对所获得 的结果 进行综合分析 ， 就可 以 作 出 比较准确和可靠 的 判断 ， 真正达到预测预报的 目的 现场监控 网覆 盖整个新 、 旧 主运巷塌 陷段变形破坏 的影 响范 围 ， 采用 种监测手段进行监测监控 ①多点位 移计 ②断面 收敛测 量 ③水准测 量 ④压力监 测 ⑤声发射测量 具体 的监测 网布置如图 和 图 所示 计 ︸移尹︸ 尸 ’尸一︸、位洲尸乙点︸、 尸汇卜失俐扣多洲 ‘ 二 ，‘ 、 ‘之 ‘ 户 、 ﹄﹃知口﹄亡月口 、 ‘ 、己﹄勺一， 、 ‘，﹄，口 一 收敛测线 山岩压力 ， 混凝土应一力测量 监控 网布置示意 图 藕合监控网建立 一种监控手段所获得的数据往往带有局 限 性或偶然性 ， 难 以作 出正确判断 ， 而通过多种监 匕 一 ‘ 二二习 收稿 日期 一习弘 蔡美峰 男 ， 岁 ， 教授 国家 自然科学基金资助课题伽。 助压力计安设示 意图 图 旧 巷道监侧网布 时 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2001．04．001
·294· 北京科技大学学报 2001年第4期 8m 稳定性提供了依据. ←东 钻孔o36m×4m 西 10r IAE探头 8 2 ATiom B 10m 0 C D-11om 0.2 一=AC 一P一DE —一AD 一◆-AB 0.4 新巷 旧巷 一A一BD 0.6 图2新巷道声发射仪监测布置 -0.8 Fig.2 Acoustic emission inspect arrangement in new roadway 2 。3 4 2 监测结果及耦合分析 观测周期 图35断面收敏曲线 监测监控工作从2000年年初开始，至今一 Fig.3 Couvergence curves in 5'observation section 直在进行，根据生产进度，采用分阶段，周期相 4 异方法进行实时监测监控，取得了很大成功.由 2 于多点位移计和水准观测的数据与断面收敛观 0 测数据相比，变化不很显著 下面只探讨2种监测. -2 --AC -AD 2.1巷道断面收敛 -BD 巷道断面采用89003部队研制的QJ85-Ⅱ 6 一-DE 型收敛计，先后在5个断面（每个断面间距10 m)进行监测.从监测数据分析来看，其中4“、S 2 3 断面变化比较显著，尤其是4“、S断面的腰线(BC 观测周期 线)变化比较明显，如图3与图4所示.这主要 图44断面的收敛曲线 是4、断面靠近断层所造成的 Fig.4 Convergence curves in 4'observation section 2.2声发射监测 岩石在受力变形过程中的微破裂活动伴有 声发射，因此声发射方法是揭示岩石变形破坏 过程的有效工具.由于岩石破裂与断层、地震、 岩爆活动之间的相关性，岩石破裂声发射研究 在岩石力学研究中一直很受重视.其核心工作 是研究不同条件下（主要是时间与空间）岩石变 形声发射时空分布，为探讨岩石活动时空分布 图5现场声发射传感器安设 Fig.5 The arrangement of acoustic emission's sensors in 的规律及机制提供依据.根据工程需要，总共安 situation 设4个传感器，图5所示的是2个传感器布置 在与4“、5断面的相对位置的岩层中，其监测结 2.3耦合分析 果参见文献[4].岩石在双向压缩条件下的声发 从图3~图5来看，造成该巷道变形破坏的 射空间分布是不同的，一种是声发射源沿未来 主要原因有3类：①开采方法造成.255m水平 的主破裂面丛集出现，这主要是附近有断层，岩 主运巷道穿过10号脉群，而该脉群于80年代 爆或其他动力现象等造成：另一种则是声发射 初被开采，其采空区位于255m水平大巷道的 源在岩体中散漫分布，这时属于平稳状态，其他 下方，而且先前留的保护矿柱已被民采采空；② 动力源已经释放能量，包括（电机车停止运输）， 断层造成.在距离4、5监测断面大约30m处出 相应的声发射时间序列也有差异.另外，还由于 现一个大断层，随着断层的不断运动，造成新旧 岩石构造的差异便可造成声发射不同的时空分 巷道之间形成应力集中（见图6）：③巷道深部出 布，这对正确反映和预测岩石力学性质和围岩 现冲击地压和岩爆等动力学现象（如图7所示）
Vol23 No.4 纸美峰等：耦合监控在地下主运巷塌陷区锚固段应用 4295· 3 结论 通过采用耦合监控技术，对255m水平主运 输大巷的破坏模式和稳定性进行了全面的分 析，收集到了几种影响围岩稳定性关键因素的 信息，并给现场提出了切实可行的治理措施. 参考文献 】王可均.岩石力学与工程的几个热点研究.见：中国 岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集.北京： 图6新、旧巷道之间的断层发育状况 中国科学技术出版社，2000.60 Fig.6 The fault developing conditions between the old and 2蔡美蜂，高永涛，李长洪，等.玲珑金矿主运巷塌陷段 new roadway 错注加固技术研究.岩土工程学报，1999,21(4：388 3蔡美峰，来兴平，李长洪.非线性地下岩土结构与工 程安全监测新理论.金属矿山，2000,293(11)：4 4 Lai Xingping,Cai Meifeng.Study on Stability of Under- ground Structural Engineering by Acoustic Emission Monitoring System.Joural of Coal Science Engineer- ing,2000,6(2:15 5蔡美峰，王金安，王双红玲我金矿深部开采岩体能 量分析与岩爆综合预测.岩石力学与工程学报， 2001,20(1):38 图7岩石爆裂现象 Fig.7 The rock crack phenomenon Application of Couple Inspect to Treat Collapsed Main Underground Transport Roadway CAI Meifeng",LAI Xingping,LI Changhong" 1)Civil and Enviromental Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Department of Energy Science and Technology Engineering.Xian University of Sclence and Technology,Xi'an 710054.China ABSTRACT Application of couple inspect has been achieved to treat collapsed main underground transport roadway in Linglong Gold Mine.By virtue of constructing the real-time couple inspect net,obtaining the data information,couple analyzing,some key factors which result in the roadway destroying and treatments are pre- sented.It is proven that the couple inspect is a practical and promising way for solving large-scale structural engineering problems. KEY WORDS couple inspect;main transport roadway;convergence observation;acoustic emission;couple · analysis