CN110967466B - 采场空区稳定性的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于矿业安全工程技术领域，尤其是涉及一种采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价。本发明的采场空区稳定性的评价方法可操作性强，可释放已探明安全区持续性的监测，所得数据可对后续空区处理工作进行指导。

Description

采场空区稳定性的评价方法
技术领域
本发明属于矿业安全工程技术领域，尤其是涉及一种采场空区稳定性的评价方法。
背景技术
受历史种种原因影响，大型露天矿在发展过程中，形成了较多的隐伏采空区，由于采空区的存在导致应力重新分布，当强度达到一定值时，便会导致坍塌、失稳，进而影响矿山持续生产。因此，采空区的稳定性研究对于矿山具有重要的实际意义，目前国内外众多专家学者在采空区稳定性理论分析的研究中取得了一定的理论成果，MOUNIALALMAS将D-S证据理论进行完善，对采空区稳定性问题中的不确定性一面描述出来。张行成应用证据理论对采空区岩体的整体性特征进行了研究分析，拓宽了该研究理论的领域范围。李俊平等结合矿山采空区采集的数据，运用安全流变理论计算得到了采空区变形的临界点，以此采取相应的措施，形成了一系列较可靠的理论实践方法。
目前形成的空区稳定性评价方法多是以AHP熵权法及模糊数学评测法为主，采集数据量较多，监测周期较长。对于空区众多的大型矿山来说，这便给空区监测工作带来巨大的人力、物力负担。建立一种持续性强、快捷的稳定性估计方法，不仅可以一定程度上释放生产力，还能对空区稳定情况进行整体把控，有针对的采取防控措施，确保矿山生产持续。
发明内容
本发明的目的是提供一种采场空区稳定性的评价方法，可以对大型露天矿山大面积采空区进行稳定性评价，以判断空区整体稳定状况，达到对矿区空区健康程度整体把控，及时采取针对措施，确保矿山持续生产。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价。
所述的空区测点选定和目标点位移监测包括在已探明空区范围内划分区域，根据空区范围大小划分多个监测区，每个监测区布置相互对称6-12个测点，对各测点进行编号，并在测点处按操作要求安置位移传感器，调试仪器，确保位移传感器运转正常。
所述的空区板体放大系数计算包括对每个位移传感器传回数据进行分析和计算空区板体动力放大系数。
所述的稳定性评价在于当
Figure GDA0003539935950000021
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预，式中p为受力大小，[σ]为岩样的破坏应力。
所述的对每个位移传感器传回数据进行分析，具体步骤如下：
(1)计第1监测区第1#测点传回数据为1-1#，第2监测区1#测点传回数据为2-1#，依次对各个测点传回数据分档归纳；
(2)根据式
Figure GDA0003539935950000031
测点计算三向位移s；
(3)根据式
Figure GDA0003539935950000032
计算测点受力情况，式中s为测点三向位移数据，p为受力大小，E为监测岩体的弹性模量和J为探针空间挠度比例极限，β是传感器与监测体接触影响系数，ρ0是传感器固有形变参数。
所述的计算空区板体动力放大系数，其计算公式是
Figure GDA0003539935950000033
式中h为空区平均厚度，λ为等效板壳振动系数；大规模爆破不间断作业时，则采用
Figure GDA0003539935950000034
进行计算，κ为大规模爆破振动数据计算结果与常规爆破振动数据计算结果作比后得到的放大增益数。
所述的每个监测区长15-20m，宽10-15m。
所述的空区板体放大系数计算，当首次确定的监测区周边有爆破作业时，需要在监测区测点1-2m范围内布置爆破振动监测，并确保连续监测10-15次爆破振动数据；期间有规模增大的爆破作业的，需要单独进行记录。
所述的爆破振动数据要进行等效板壳振动系数计算，其方法是依次将所采集的爆破振动数据依下式
Figure GDA0003539935950000035
进行计算，式中ω为所测爆破振动数据，a、b为方向监测空区顶板平均长度和平均宽度(m)，I0为岩体抗剪强度(MPa)，D为岩体抗弯强度(MPa)；根据各个计算结果求出系数平均值；对增大规模的爆破振动数据计算平均结果与上述作比记为放大增益数κ。
本发明的优点：
本发明的采场空区稳定性的评价方法，操作性强，可释放已探明安全区持续性的监测，所得数据可对后续空区处理工作进行指导。
附图说明
图1为本发明的区域划分及测点布置方案。
图2为本发明的测定方法评价流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，本发明的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价。
所述的空区测点选定和目标点位移监测包括在已探明空区范围内划分区域，根据空区范围大小划分多个监测区，每个监测区布置相互对称6-12个测点，对各测点进行编号，并在测点处按操作要求安置位移传感器，调试仪器，确保位移传感器运转正常。
所述的空区板体放大系数计算包括对每个位移传感器传回数据进行分析和计算空区板体动力放大系数。
所述的稳定性评价在于当
Figure GDA0003539935950000041
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预，式中p为受力大小，[σ]为岩样的破坏应力。
所述的对每个位移传感器传回数据进行分析，具体步骤如下：
(1)计第1监测区第1#测点传回数据为1-1#，第2监测区1#测点传回数据为2-1#，依次对各个测点传回数据分档归纳；
(2)根据式
Figure GDA0003539935950000051
测点计算三向位移s；
(3)根据式
Figure GDA0003539935950000052
计算测点受力情况，式中s为测点三向位移数据，p为受力大小，E为监测岩体的弹性模量和J为探针空间挠度比例极限，β是传感器与监测体接触影响系数，ρ0是传感器固有形变参数。
所述的计算空区板体动力放大系数，其计算公式是
Figure GDA0003539935950000053
式中h为空区平均厚度，λ为等效板壳振动系数；大规模爆破不间断作业时，则采用
Figure GDA0003539935950000054
进行计算，κ为大规模爆破振动数据计算结果与常规爆破振动数据计算结果作比后得到的放大增益数。
所述的每个监测区长15-20m，宽10-15m。
所述的空区板体放大系数计算，当首次确定的监测区周边有爆破作业时，需要在监测区测点1-2m范围内布置爆破振动监测，并确保连续监测10-15次爆破振动数据；期间有规模增大的爆破作业的，需要单独进行记录。
所述的爆破振动数据要进行等效板壳振动系数计算，其方法是依次将所采集的爆破振动数据依下式
Figure GDA0003539935950000061
进行计算，式中ω为所测爆破振动数据，a、b为方向监测空区顶板平均长度和平均宽度，I0为岩体抗剪强度，D为岩体抗弯强度；根据各个计算结果求出系数平均值；对增大规模的爆破振动数据计算平均结果与上述作比记为放大增益数κ。
实施例1：如图1、2所示，本发明的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价。
所述的空区测点选定和目标点位移监测包括在已探明空区范围内划分区域，根据空区范围大小划分多个监测区，每个监测区布置相互对称6-12个测点，对各测点进行编号，并在测点处按操作要求安置位移传感器，调试仪器，确保位移传感器运转正常。
所述的空区板体放大系数计算包括对每个位移传感器传回数据进行分析和计算空区板体动力放大系数。
所述的稳定性评价在于当
Figure GDA0003539935950000062
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预，式中p为受力大小，[σ]为岩样的破坏应力为80.3MPa。
所述的对每个KMF-51位移传感器传回数据进行分析，具体步骤如下：
(1)计第1监测区第1#测点传回数据为1-1#，第2监测区1#测点传回数据为2-1#，依次对各个测点传回数据分档归纳；
(2)根据式
Figure GDA0003539935950000071
测点计算三向位移s为52mm。
(3)根据式
Figure GDA0003539935950000072
计算测点受力情况，式中s为测点三向位移数据，p为受力大小，E、J分别为监测岩体的弹性模量20GPa和探针空间挠度比例极限8m-1，β是传感器与监测体接触影响系数0.55-0.85，取0.6，ρ0是传感器固有形变参数0.1-0.45，取0.3。
所述的计算空区板体动力放大系数，其计算公式是
Figure GDA0003539935950000073
式中h为空区平均厚度18m；大规模爆破不间断作业时，则采用
Figure GDA0003539935950000074
进行计算。
所述的每个监测区长15-20m，宽10-15m。
所述的空区板体放大系数计算，当首次确定的监测区周边有爆破作业时，需要在监测区测点1-2m范围内布置爆破振动监测，并确保连续监测10-15次爆破振动数据；期间有规模增大的爆破作业的，需要单独进行记录。
所述的爆破振动数据要进行等效板壳振动系数计算，其方法是依次将所采集的爆破振动数据依下式
Figure GDA0003539935950000075
进行计算，式中ω为所测爆破振动数据，经过归一化、无量纲化处理后得1.17，a、b为方向监测空区顶板平均长度20m和平均宽度15m，I0为岩体抗剪强度7.3MPa，D为岩体抗弯强度9.45MPa；根据各个计算结果求出系数平值为1.72；对增大规模的爆破振动数据计算平均结果与上述作比记为放大增益数κ，本次实施无大规模爆破作业，故无需计算。
本发明当
Figure GDA0003539935950000081
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预。式中p为受力大小，经计算得出p为47.6MPa。现场取样测得岩石试件平均破坏应力[σ]为80.3MPa，DIF经计算得1.35。则结果为
Figure GDA0003539935950000082
已经大于预警值，要对该区域进行重点关注，必要时采取相应措施进行干预。
实施例2：如图1、2所示，本发明的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价。
所述的空区测点选定和目标点位移监测包括在已探明空区范围内划分区域，根据空区范围大小划分多个监测区，每个监测区布置相互对称6-12个测点，对各测点进行编号，并在测点处按操作要求安置位移传感器，调试仪器，确保位移传感器运转正常。
所述的空区板体放大系数计算包括对每个位移传感器传回数据进行分析和计算空区板体动力放大系数。
所述的稳定性评价在于当
Figure GDA0003539935950000083
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预，式中p为受力大小，[σ]为岩样的破坏应力为68.6MPa。
所述的对每个KMF-51位移传感器传回数据进行分析，具体步骤如下：
(1)计第1监测区第1#测点传回数据为1-1#，第2监测区1#测点传回数据为2-1#，依次对各个测点传回数据分档归纳；
(2)根据式
Figure GDA0003539935950000091
测点计算三向位移s为35mm。
(3)根据式
Figure GDA0003539935950000092
计算测点受力情况，式中s为测点三向位移数据，p为受力大小，E、J分别为监测岩体的弹性模量18GPa和探针空间挠度比例极限8m-1，β是传感器与监测体接触影响系数0.55-0.85，取0.75，ρ0是传感器固有形变参数0.1-0.45，取0.32。
所述的计算空区板体动力放大系数，其计算公式是
Figure GDA0003539935950000093
式中h为空区平均厚度20m；大规模爆破不间断作业时，则采用
Figure GDA0003539935950000094
进行计算。
所述的每个监测区长15-20m，宽10-15m。
所述的空区板体放大系数计算，当首次确定的监测区周边有爆破作业时，需要在监测区测点1-2m范围内布置爆破振动监测，并确保连续监测10-15次爆破振动数据；期间有规模增大的爆破作业的，需要单独进行记录。
所述的爆破振动数据要进行等效板壳振动系数计算，其方法是依次将所采集的爆破振动数据依下式
Figure GDA0003539935950000095
进行计算，式中ω为所测爆破振动数据，经过归一化、无量纲化处理后得3.37，a、b为方向监测空区顶板平均长度20m和平均宽度15m，I0为岩体抗剪强度6.5MPa，D为岩体抗弯强度8.93MPa；根据各个计算结果求出系数平值为2.52；对增大规模的爆破振动数据计算平均结果与上述作比记为放大增益数κ，本次实施大规模爆破作业，计算得到1.86。
本发明当
Figure GDA0003539935950000101
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预。式中p为受力大小，经计算得出p为42MPa。现场取样测得岩石试件平均破坏应力[σ]为68.6MPa，DIF经计算得1.04。则结果为
Figure GDA0003539935950000102
小于预警值，采场采空区稳定。

Claims (4)

1.一种采场空区稳定性的评价方法，其特征在于包括空区测点选定和目标点位移监测，空区板体放大系数计算及稳定性评价，
所述的空区测点选定和目标点位移监测包括在已探明空区范围内划分区域，根据空区范围大小划分多个监测区，对各测点进行编号，并在测点处按操作要求安置位移传感器，调试仪器，确保位移传感器运转正常，
所述的空区板体放大系数计算包括对每个位移传感器传回数据进行分析和计算空区板体动力放大系数，
所述的稳定性评价在于当
Figure FDA0003539935940000011
时，则需对空区进行重点关注，并采取相应措施进行干预，式中p为受力大小，[σ]为岩样的破坏应力，
所述的计算空区板体动力放大系数，其计算公式是
Figure FDA0003539935940000012
式中h为空区平均厚度，λ为等效板壳振动系数；大规模爆破不间断作业时，则采用
Figure FDA0003539935940000013
进行计算，κ为大规模爆破振动数据计算结果与常规爆破振动数据计算结果作比后得到的放大增益数。
2.根据权利要求1所述的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于所述的对每个位移传感器传回数据进行分析，具体步骤如下：
(1)计第1监测区第1#测点传回数据为1-1#，第2监测区1#测点传回数据为2-1#，依次对各个测点传回数据分档归纳；
(2)根据监测点测得数据计算三向位移s；
(3)根据式
Figure FDA0003539935940000021
计算测点受力情况，式中s为测点三向位移数据，p为受力大小，E为监测岩体的弹性模量和J为探针空间挠度比例极限，β是传感器与监测体接触影响系数，ρ0是传感器固有形变参数。
3.根据权利要求1所述的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于所述的空区板体放大系数计算，当首次确定的监测区周边有爆破作业时，需要在监测区测点1-2m范围内布置爆破振动监测，并确保连续监测10-15次爆破振动数据；期间有规模增大的爆破作业的，需要单独进行记录。
4.根据权利要求3所述的采场空区稳定性的评价方法，其特征在于所述的爆破振动数据要进行等效板壳振动系数计算
Figure FDA0003539935940000022
式中ω为所测爆破振动数据，a、b为方向监测空区顶板平均长度和平均宽度m，I0为岩体抗剪强度MPa，D为岩体抗弯强度MPa；根据各个计算结果求出系数平均值；连续大规模的爆破作业时需计算放大增益数κ。
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