充填采空区再次塌陷事故案例分析及GS型三维激光扫描仪在采空区治理中的应用_精品文档PPT文件格式下载.pptx

1、中国自3000年前的商代就开始了地下采矿的活动，按照中国矿石产量保守估算，我国的历史采空体积超过250亿m3。这些采空区有的已经塌陷，有的仍旧存在，并随着矿山的开采，以每年十亿立方米的总数不断扩大。一、案例：临淄区山东隆盛钢铁有限公司热电厂“329”地面塌陷事故2015年3月29日上午8时30分左右，山东省淄博市临淄区山东隆盛钢铁有限公司（以下简称“隆盛钢铁”）热电厂院内发生地面塌陷事故，塌陷坑直径约50m，深约50m，未发生人员伤亡。2015年4月10日，淄博市临淄区成立了“329”地面塌陷事故技术调查组，开展事故的全面调查工作。地面塌陷情况事故经过3月29日上午8：30分左右，隆盛钢铁热电

2、厂仓库保管员上班听到库房外边有振动响声，看到库房北面有个洞出现，并伴有灰尘扬起。随后陷落洞越来越大。至9：30分，塌陷活动趋缓，形成了直径50m，深50m的地面塌陷坑。至4月10日，塌陷坑边帮仍持续向底部滑落，形态变化为直径约60m，深约40m的柱形状坑。塌陷造成厂区内部分道路陷落，埋设的管线严重变形、损毁，目前还未引起其它建（构）筑物倒塌或严重损毁。相关企业（1）金岭铁矿塌陷坑位于金岭铁矿召口矿北金召矿区开采范围内（2）金召铁矿金召铁矿开采范围距离地表塌陷水平位置最近处不足200m。事故原因分析金岭铁矿召口矿北金召口矿区冒顶事故近几年来，北金召口矿区多次发生冒顶事故：（1）2013年4月21

3、日，北金召矿区-500m水平502矿柱被破坏形成1.8万m3采空区，造成充填料浆下渗现象（2）2013年4月29日下午14：00，北金召矿区-500m水平503采空区下部矿柱遭破坏形成采空区（3）2013年5月18日上午11:30左右，北金召矿区-540m以上605-2间柱及604柱被破坏，导致605、604空区联通，顶板暴露面积加大，引发空区大面积冒落、周边矿柱片帮。至5月20日，空区顶板已塌落至-525水平以上，并不断向周边扩大（4）2013年10月5日，北金召矿区-500m，509空区下部矿体被破坏，形成采空区，造成509采空区上盘顶板冒落。（5）2013年11月3日晚20：30左右，北

4、金召矿区-500m水平509采空区凿岩道与拉槽巷道交汇处底板突然塌陷，调查发现509采空区底板-510m处矿体被破坏引起塌陷。（6）2014年3月28日，北金召矿区-540m水平604矿柱形成较大空区，顶板发生冒落至-525m水平以上，-540m水平下部片帮塌落严重。3月31日，-540m水平底板出现渗水，充填体出现渗漏。4月10日上午，604矿柱附近采空区总量超过50万m3，顶板暴露面积超过1万m2，距离上部充填体厚度不足10m。（7）2014年8月6日，北金召矿区7-15勘探线，-500m至-570m阶段各中段水平采空区出现大面积冒落、塌陷，-500m以下底柱陷落、空区顶板冒落、上下盘围岩

5、向空区整体位移，巷道发生不同程度顶板冒落、片帮、整体下错、断裂等情况，地压活动范围约2万m2，造成北金召矿区全面停产。4.2井下冒顶发展过程及地面塌陷的诱因从井下事实调查发现，专家组认为此次塌陷事故是一个缓慢发展到瞬间发生的过程：（1）2014年8月6日，-500m-570m阶段各中段 水 平 604-1、604-2、604-3、605-1、605-2、605-3矿房采空区出现大面积冒落、塌陷，上下盘围岩向空区整体位移是此次事故的诱因。随着空区的冒落，波及原有604矿柱附近采空区总量超过50万m3，顶板暴露面积超过1万m2的区域，该区域距离上部充填体厚度不足10m，进而形成新的冒落区域4.2井

6、下冒顶发展过程及地面塌陷的诱因（2）该冒落区域进一步发展，造成原有已经破坏的-500m水平的509、508、506、503、502矿房顶板冒落。（3）冒落向上部矿体继续发展，造成402、403、404、405矿房空区上部以及部分充填体塌陷，空区面积扩大，垂直范围波及-430-370m矿体。随着井下空间体进一步增大，逐渐波及-370m以上灰岩体及蚀变闪长岩的冒落，浅部岩体瞬间垮落，造成地面的塌陷。4.3井下空区体积计算专家组经过分析计算确定，由井下采空区垮落，造成370m水平-430m水平空区充填体损失后，再次形成新的空区，体积约11万m3地表塌陷形成的塌陷坑初始直径为50m，深50m，现逐渐扩

7、大到60m，深度40m计算，坑体体积在8.5万m3。取k值1.25，计算井下诱发顶板冒落的空区体积在10.6万m3以上。和调查确定的-370m水平至-430m水平充填后垮落损失体积基本相符。5、事故原因、事故原因5.1、直接原因根据以上分析，造成山东隆盛钢铁有限公司热电厂“329”地面塌陷事故的直接原因是：604-1、604-2、604-3、605-1、605-2、605-3矿房的矿柱、间柱被乱采乱挖，矿柱失稳，导致大面积顶板冒落，波及上部509、508、506、503、502矿房顶板冒落，进一步使得402、403、404、405矿房大面积冒顶，直至垮塌地面，造成地表塌陷。5、事故原因5.2间

8、接原因（1）井下乱采乱挖现象严重，破坏了北金召矿区的开采顺序及其矿房的稳定性；604-1、604-2、604-3、605-1、605-2、605-3矿房大面积垮落是由于乱采乱挖矿柱、间柱结果。（2）井下充填“溃跑”现象严重，充填不够充分；在北金召矿区-540m水平，有大面积充填体涌入巷道现象。n采空区危险源探测准确率不高n大面积采空区长期稳定性评价难n采空区等别不明确，监管难n采空区灾害突发性强，预警难超前预报风险评估分级管理监测预警解决方案存在的主要技术问题超前预报超前预报风险评估风险评估分级管理分级管理监测预警监测预警采空区超前预报技术及工艺地表塌陷沉降的InSAR监测采空区围岩变形锚杆无

9、线监测“多米诺”效应量化计算方法采空区分级管理方法（1）（2）（3）（4）（5）1、金属矿山采空区超前预报技术及工艺n n探测方法探测方法 高密度电法高密度电法瞬变电磁法瞬变电磁法 重力法重力法激光扫描法激光扫描法发射线圈一次磁场二次磁场接收线圈目标体发射机接收机参考电缆n n 针针对对金金属属矿矿山山未未知知采采空空区区环环境境下下安安全全开开拓拓，引引进进了了井井下下地地震波三维反射层析成像方法。震波三维反射层析成像方法。n n 该该方方法法采采用用了了三三维维阵阵列列式式激激发发和和接接收收方方式式，可可以以获获得得足足够够的空间信息，提高了探测精度和准确率。的空间信息，提高了探测精度和

10、准确率。震源和检波器的三维空间排列地震波三维层析成像反演原理TRT6000型地质超前预报系统n n 通通过过井井下下大大量量工工程程试试验验，提提出出了了基基于于金金属属矿矿山山围围岩岩坚坚固固性性系数的布置参数优化方案。系数的布置参数优化方案。f=10,f=10,震源震源5kg5kgf=10,f=10,优化震源最小偏移距优化震源最小偏移距20m20mf=10,f=10,优化检波器最小偏移距优化检波器最小偏移距20m20mf=10,f=10,优化震源排间距优化震源排间距2m2mn n 进进行行了了金金属属矿矿山山井井下下地地质质体体地地震震波波离离散散计计算算全全息息重重构构，总总结了采空区超

11、前预报地球物理特征。结了采空区超前预报地球物理特征。采空区地震波反射特征无充填型空区泥石充填型空区地下水充填型空区富水岩层井下地质体地震波反射特征断层破碎带n n 通过长期、大量工程实践提高采空区预报准确率通过长期、大量工程实践提高采空区预报准确率4m12m20m28m30m7m建立了预报准确性评估体系，将超前预报结果与实际揭露情况对比，总结了47次188项预报数据，平均准确率为62.44%，其中：n对采空区的预报准确率 “无空区”-100%n对地下水的预报准确率 “有涌水”-66.7%“无涌水”-71.4%n对地质构造的预报准确率-53%实际揭露的采空区二、研究成果与创新点二、研究成果与创新

12、点分析现场条件，确定工作方法综合物探方法圈定采空区警戒范围高密度电法地震法地质雷达法当掘进工作面进入警戒范围生产计划开拓计划掘进计划地质超前预报70-100m施工钻孔验证正常掘进70m正常掘进40m无异常岩层差有异常，需验证岩层稳激光扫面采空区未揭露采空区声纳扫描采空区揭露无水采空区揭露含水采空区根据精确探测结果治理采空区下一个生产循环预报距离不足30m超前距时停止掘进根据实际揭露情况评估预报准确性瞬变电磁法微重力法其它方法n n 建建立立了了与与矿矿山山生生产产相相结结合合的的超超前前预预报报流流程程。2011-20122011-2012年年预预报报4747次次、4.34.3kmkm，施施工

13、工验验证证钻钻孔孔4545个个、3.13.1kmkm，安安全全开开拓拓4km4km。（截至截至20132013年年7 7月，预报月，预报6969次，次，6km6km。）二、研究成果与创新点二、研究成果与创新点超前预报超前预报风险评估风险评估分级管理分级管理监测预警监测预警采空区超前预报技术及工艺地表塌陷沉降的InSAR监测采空区围岩变形锚杆无线监测“多米诺”效应量化计算方法采空区分级管理方法（1）（2）（3）（4）（5）2、“多米诺”效应量化计算方法n n 基基于于“关关键键层层”理理论论，建建立立了了金金属属矿矿山山采采空空区区大大规规模模塌塌陷陷“多米诺多米诺”效应的量化三维分析模型。效应

14、的量化三维分析模型。n n顶板刚度大顶板刚度大n n矿柱安全系数低矿柱安全系数低n n局部矿柱破坏局部矿柱破坏n n无安全隔离矿柱无安全隔离矿柱4 4个假设条件：个假设条件：2、“多米诺”效应量化计算方法二、研究成果与创新点二、研究成果与创新点n n 采采用用VoronoiVoronoi结结构构划划分分顶顶板板荷荷载载，基基于于Obert-DuvallObert-Duvall矿矿柱柱强强度度准准则则和和“流流变变-突突变变”理理论论，建建立立了了“多多米米诺诺”效效应应的的三三维维空间空间-时间计算方法。时间计算方法。“多米诺”效应计算方法2、“多米诺”效应量化计算方法二、研究成果与创新点二、

15、研究成果与创新点n n 基于基于“多米诺多米诺”风险，圈定了灾害范围。风险，圈定了灾害范围。采空区现状20年后大面积塌陷范围20年后超前预报超前预报风险评估风险评估分级管理分级管理监测预警监测预警采空区超前预报技术及工艺地表塌陷沉降的InSAR监测采空区围岩变形锚杆无线监测“多米诺”效应量化计算方法采空区分级管理方法（1）（2）（3）（4）（5）3、分级管理采空区分级管理方法n n 对对中中国国五五矿矿集集团团公公司司所所属属金金属属矿矿山山统统一一了了金金属属矿矿山山行行业业“采采空空区区”、“采采空空区区群群”的的概概念念，提提出出了了采采空空区区4 4个个等等别别的的划划分方法。分方法。n n 建建立立了了中中国国五五矿矿集集团团公公司司采采空空区区登登记记检检查查、动动态态评评估估、监监测预警的分级管理方法。测预警的分级管理方法。二、研究成果与创新点二、研究成果与创新点等等别最大最大单体空区体体空区体积V（万（万m3）矿山采空区山采空区总体体积V（万（万m3）分分 级 管管