钱小峰　刘宏志

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)



梅山铁矿地表塌陷区监测与分析

钱小峰刘宏志

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

摘要在梅山铁矿地表塌陷区关键区域设立监测点，采用简易经济的坐标监测方法，对塌陷区的变形发展趋势进行了有效监测，并探讨了塌陷区变形的控制方法，为有效监测矿区开采沉陷提供参考。

关键词开采沉陷塌陷区变形监测控制方法

梅山铁矿是我国具有代表性的大型井下开采冶金矿山，采用竖井与斜坡道联合开拓方式，采用无底柱分段崩落法采矿。无底柱分段崩落法适用于覆岩易于冒落、地表允许陷落的矿床[1]，因其具有机械化程度高、采场布置灵活等特点，多年来在我国得到了广泛应用。截至2014年年底，梅山铁矿已回采至-318m水平，地表已经形成一个面积约100万m2的塌陷漏斗。2015年以来，塌陷区西部区域塌陷裂隙距通行主路最近处已不足50m。为此，有必要对该塌陷区进行有效监测，分析其塌陷趋势，为塌陷区治理提供依据。

1塌陷区监测方法

国内较成熟的塌陷区监测方法一般着眼于塌陷区整体变形规律，采用卫星遥感、地理信息系统及GPS等技术[2]获取监测数据，为塌陷区特别是煤矿塌陷区的整体灾害防治提供基础数据。该类方法需联合相关的科研院所进行数据采集与分析，对设备精度要求较高，费用高昂，在实际生产中具有一定的局限性。梅山铁矿开采沉陷区域可分为3个范围：①中部塌陷区域，即塌陷漏斗；②塌陷台阶区域，也可称为明显的移动区域[3]；③移动区域，位于塌陷台阶区域之外，开采影响范围内。前2个区域属于危险区域，人员不得入内，本研究主要在移动区域及移动区域以外进行监测分析。

经现场踏勘分析，梅山铁矿塌陷区塌陷前均会在地表形成较明显的裂隙，而后经过多年发展才会发生较大规模的沉降与位移，但在该过程中可显著地观察到裂隙的变化，可见其沉降与位移均超过厘米级，同时塌陷区内地势较开阔平坦，通视条件良好。此外，塌陷区与一般建筑的沉降与位移具有显著的差异，其监测点所处位置形变较大，一定时间后会发生损毁。综合上述因素及生产单位具有的测量仪器条件，兼顾经济性、实用性与可靠性，对该区域采用预埋监测点的方法进行周期性三维坐标测量，测点分布见图1。

图1　监测点位分布

2塌陷区监测数据分析

为确保监测数据具有代表性，首先对监测区域进行现场踏勘，查找现场距公路最近裂隙的位置。监测点的布设是在现场浇灌规格为50cm×50cm(长×宽)的混凝土，并至少凝固1周后使用。监测点埋设位置选择以裂隙为基线的法线方向，裂隙处布设1个监测点，裂隙内外均布设测点，共布设了3组15个观测点(图1)。仪器站控制点距塌陷裂隙50m以上确保稳定，后视控制点选择距离较远(1 200m)的高处点位，以降低系统误差。截止目前，以14d为1个周期，共测量了38组监测点数据，部分结果见图2。由图2可知：坐标法较好地符合塌陷区变形量级较大、周期较长的变形监测工作，通过坐标差值可直观地分析变形发展趋势，该方法操作简单，成本较低，适合大范围推广使用。

图2　塌陷区变形监测结果

由图2并结合塌陷区长期的变形监测数据，对塌陷区的变形趋势进行了如下分析：

(1)塌陷区变形受季节性因素的影响。塌陷区变形主要受雨季降水量增加的影响，在监测过程中发现，逢雨季会发生变形曲线突变现象，因而在雨季需加大监测频率，同时加强塌陷区管理。

(2)塌陷区变形受井下爆破区域及爆破强度的影响较大。结合地面、井下对照图可看出，地面显著塌陷区域边缘所对应的区域为井下开采西部边界8联、9联，近年来，井下所在区域进行了较高强度的开采爆破活动，使得地面塌陷加剧。为延缓该区域地面塌陷的速度，对井下对应区域的开采进行了限制，经过约3个月，监测点反应的塌陷区变形趋势明显减缓，可见，对井下爆破活动进行限制有助于降低塌陷速度及范围。

(3)根据塌陷区监测点的变形发展趋势，基于霍克极限平衡理论的分析渐进式塌陷理论模型，可确定井下开采活动对地面的影响范围，从而有效确定井下生产范围，尽可能降低井下开采活动对地面的影响。

3结语

为实现对矿区塌陷区地表沉陷的有效预警，需对塌陷区形变进行长期不间断的监测。为此，本研究对梅山铁矿塌陷区采用预埋监测点的方法进行了周期性监测，并对监测数据进行了详细分析，对于该矿区塌陷区的有效治理有一定的参考价值。

参考文献

[1]魏建海，黄兴益，戈超，等.基于PFC2D的无底柱分段崩落法放矿数值模拟[J].现代矿业，2016(1)：27-28.

[2]盛业华，闫志刚，宋金玲.矿山地表塌陷区的数字近景摄影测量监测技术[J].中国矿业大学学报，2003，32(4)：411-415.

[3]俞水水.梅山铁矿北采区地表塌陷区未形成原因及防范措施[J].梅山科技，1998(1)：54-58.

(收稿日期2016-03-28)

钱小峰(1980—)，男，工程师，210041 江苏省南京市雨花台区西善桥。