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[摘 要]矿山经过多年的开采，井下形成大大小小形态各异的采空区，由于矿山工业广场及其设施布局不合理，造成采空区顶部及附近的建筑物、道路形成一定的危险，且部分采空区对井下工作面也构成一定的威胁，为生产带来了安全隐患，研究应用矿山采空区监测方法建立适合矿山实际情况的地压监测网，进行长期有效的地压监测，采用应力监测系统和微震监测系统对井下采空区围岩的稳定性进行连续实时的监测，对于矿山开展井下采空区的塌陷、冒落等地压灾害预报预警，保证矿山的安全生产避免灾害性事故发生。
[关键词]采空区 应力监测 微震监测 防治措施
中图分类号：TD980 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0244-02
1 前言
我国金属非金属矿山大多地质条件较复杂，采空区规模大，加上自然条件和现有技术条件等因素的制约，采空区安全隐患已成为影响矿山安全生产的重要因素，采空区地压监测及预警系统的研究和应用，是阿尔哈达矿业公司重要科研项目之一，通过研究，确定采用应力监测系统和微震检测系统两种监测手段同时运用的方法。分别对1#、2#竖井两个区域进行了监测预警，监测应力孔共计10个，井下微震传感器16个，涵盖了两个竖井周围整个塌陷区域。根据采空区情况和现有的钻孔布置情况，加强了对采空区顶板和围岩的微震监测系统传感器的布置密度，以及通过数据采集分析后，对1#井区域传感器布置进行优化，以便全面掌握采空区围岩稳定性变化情况。根据2#井（2-2号和2-3号）钻工施工过程中发现空区扩大的问题，及时采取相应应急预案。
2 矿山采空区形成原因及灾害类型
我国现阶段矿山基本上使用房柱法和分段空场法两种采矿法，存留的大面积采空区因长时间暴露， 采空区原有应力体系的平衡被打破，岩体重新寻找应力平衡的过程，顶部岩体在自重和外部力量的作用下向下陷落造成地表变形和矿井危害事故。
矿山工业广场及其设施布局不合理，多处设施在浅部矿体的顶板上方，经过几年来的开采形成了大量采空区，已经在地表出现了多处塌陷，裂缝，严重威胁了矿山的安全生产。
井下采场采空后产生的或潜在的地质灾害类型主要有地面变形（地面塌陷、地面沉降、地裂缝 ）和矿井（突水、冒顶、塌方、底鼓 ）两大灾害类型。
3 采空区监测系统建立
应力监测分析系统和微震监测系统具有实时性、可靠性、易操作性等特点，可形成监测数据的各种报表和统计分析图表；预警设置参数可调；可实现自动预报报警，建立采空区监测系统分析模型，对微震监测定位精度和应力监测的预警指标进行标定。
1. 应力监测原理
应力监测系统目前在矿区、地下工程、桥梁、隧道、大型基坑、水电工程、码头工程、山体边坡等都有应用。
钻孔应力监测是通过在选定位置的钻孔的孔底和孔口锚固一根或者多根钢绞线，当孔底处的岩石应力改变，必然改变钢绞线的受力，通过设在孔口的设备将钢绞线受力数据获得，从而对所监测范围的岩体稳定性作出判断，起到地压监测之目的。如图1-1和图1-2所示。
由此可见应力监测最重要的是选择监测点，因为应力监测是以点带面式的，因此监测点的选择关系着整个系统的可靠性。
2. 微震（声发射）监测原理
岩体在破坏之前，大多以弹性波的形式释放积蓄的能量（即发生微地震），这种能量释放的强度，随着结构临近失稳而变化。所以每一个弹性波（微震波或声发射波）都包含着岩体内部状态变化的丰富信息。
若在破坏区域周围以一定的台阵形式布置一定数量的探头（传感器），组成传感器阵列，当监测体内出现微震（声发射）时，传感器即可将微震信号拾取，并将这种物理量转换为电压量或电荷量，通过多点同步数据采集测定各传感器接收到该信号的时刻，连同各传感器坐标及所测波速代入方程组求解，即可确定微震震源的时空参数，达到定位之目的。
微震监测技术能够实时、长期、靠近震源监测大范围岩体变形破坏，准确定位震源发生时间、空间位置、微震释放能量、微震体变势、微震尺寸等。通过记录、统计、分析微震事件的诸多参数的时间和空间中的分布，并利用定量地震学、统计地震学、工程地震学的理论方法，通过矩张量分析，明确微震事件的性质（剪切、张拉、复合）以及众多微震事件在时空中的演化，黏度性、扩散性等，实现灾害发生空间、时间的概率性预警和分区分级评估。
由此可见微震（声发射）监测最重要的是选择监测阵列，微震（声发射）监测以阵列形成对整个阵列控制范围（体）的监测，微震相比应力监测范围较大，但是缺点是没有应力监测直观，未知事件太多，需要自学习或者人工干预分析，对后续工作要求较多。
4 采空区防治措施
选择合理、科学的采矿方法设计前应充分了解矿区地压的显现特点及成矿规律，结合矿山的开采条件，进行類比分析找出安全可靠地开采方法。对于房柱式开采体系，就是将回采单元划分矿房，矿柱并相互交替排列，回采矿房时预留规则矿柱维护采空区顶板。
采空区的治理办法主要是充填、支护、爆破、封闭。
1. 充填治理措施
利用后续生产掘进产生的废石作为充填材料，对就近采空区进行充填处理，废石层的厚度达到采空区高度的80%以上，满足冲击气浪缓冲层厚度要求，确保采空区安全稳定；矿山充填新技术可以充分利用现有资源如矿山尾矿、废石、不可利用的废旧物料等，使回采空间随矿石的采出而被充填，能保护围岩不发生塌陷、消减尾矿排放。
2.合理支护措施
井下采场因采矿各种人工因素造成矿柱破裂，采空区形成过程中需要及时采用支护手段如喷射混凝土、锚索、废石挡墙、锚喷网加 注浆等支护方式。实践表明在各种复杂地质环境下由于选用不正确的支护方式导致采矿人员安全事故及设备毁坏时有发生。因此，为了保证井下施工安全需要选用正确的支护方式去改善采场围岩的稳固性。
3. 人工爆破
对于围岩稳固、整体性好、不能自然崩落的采场，采用强制爆破手段崩落顶部围岩，使围岩充填采空区形成缓冲岩石垫层，控制地压转移，缓和顶板集中应力，防止采空区顶板大面积塌落，以免生产巷道、设备和人员受到伤害。
采空区放顶要满足以下几项基本要求： 一是地表允许塌陷； 二是塌陷后不会造成地下水或地表水涌入； 三是面积适当并能有效隔离； 四是能够确保施工现场安全。
4.封闭塌陷区
加强采空区防灾管理工作圈定采空区范围，针对地表塌陷区域，井下采空区进行封闭并悬挂标志牌、禁行标志，在地表及井下各采空区范围安设木制或铁丝网栅栏并挂设警示灯，加强现场巡视，及时了解采空区的安全状态，防止人员进入。
5 结语
经分析引发采空区灾害的原因大多是由于采用不科学的采矿方法造成的。当人们注意到了环境对人类生存的重要性，懂得如何正确解决资源需求与保护人类生存环境的矛盾时，科学的采矿方法将被越来越广泛地采用，随着采矿新技术不断发展，合理进行开采避免矿山开采引发的采空区灾害的产生。
矿山地下采空区仅仅只是地质灾害的一部分，为了更好掌握各方面有可能出现的地质灾害，加强对深部采场回采诱发的动力扰动对采空区稳定性影响进行长期监测，建立基于应力监测和微震系统的多手段采空区灾害监测预测预警的分析报告制度，对灾害进行较准确的、超前的预报预测，及时采取防范措施，对完善矿山安全生产保障机制具有重要作用。
参考文献
[1] 刘耀源.矿山采空区灾害监测、预防与治理﹝J﹞河北冶金， 2013（1） 316-317.
[关键词]采空区 应力监测 微震监测 防治措施
中图分类号：TD980 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0244-02
1 前言
我国金属非金属矿山大多地质条件较复杂，采空区规模大，加上自然条件和现有技术条件等因素的制约，采空区安全隐患已成为影响矿山安全生产的重要因素，采空区地压监测及预警系统的研究和应用，是阿尔哈达矿业公司重要科研项目之一，通过研究，确定采用应力监测系统和微震检测系统两种监测手段同时运用的方法。分别对1#、2#竖井两个区域进行了监测预警，监测应力孔共计10个，井下微震传感器16个，涵盖了两个竖井周围整个塌陷区域。根据采空区情况和现有的钻孔布置情况，加强了对采空区顶板和围岩的微震监测系统传感器的布置密度，以及通过数据采集分析后，对1#井区域传感器布置进行优化，以便全面掌握采空区围岩稳定性变化情况。根据2#井（2-2号和2-3号）钻工施工过程中发现空区扩大的问题，及时采取相应应急预案。
2 矿山采空区形成原因及灾害类型
我国现阶段矿山基本上使用房柱法和分段空场法两种采矿法，存留的大面积采空区因长时间暴露， 采空区原有应力体系的平衡被打破，岩体重新寻找应力平衡的过程，顶部岩体在自重和外部力量的作用下向下陷落造成地表变形和矿井危害事故。
矿山工业广场及其设施布局不合理，多处设施在浅部矿体的顶板上方，经过几年来的开采形成了大量采空区，已经在地表出现了多处塌陷，裂缝，严重威胁了矿山的安全生产。
井下采场采空后产生的或潜在的地质灾害类型主要有地面变形（地面塌陷、地面沉降、地裂缝 ）和矿井（突水、冒顶、塌方、底鼓 ）两大灾害类型。
3 采空区监测系统建立
应力监测分析系统和微震监测系统具有实时性、可靠性、易操作性等特点，可形成监测数据的各种报表和统计分析图表；预警设置参数可调；可实现自动预报报警，建立采空区监测系统分析模型，对微震监测定位精度和应力监测的预警指标进行标定。
1. 应力监测原理
应力监测系统目前在矿区、地下工程、桥梁、隧道、大型基坑、水电工程、码头工程、山体边坡等都有应用。
钻孔应力监测是通过在选定位置的钻孔的孔底和孔口锚固一根或者多根钢绞线，当孔底处的岩石应力改变，必然改变钢绞线的受力，通过设在孔口的设备将钢绞线受力数据获得，从而对所监测范围的岩体稳定性作出判断，起到地压监测之目的。如图1-1和图1-2所示。
由此可见应力监测最重要的是选择监测点，因为应力监测是以点带面式的，因此监测点的选择关系着整个系统的可靠性。
2. 微震（声发射）监测原理
岩体在破坏之前，大多以弹性波的形式释放积蓄的能量（即发生微地震），这种能量释放的强度，随着结构临近失稳而变化。所以每一个弹性波（微震波或声发射波）都包含着岩体内部状态变化的丰富信息。
若在破坏区域周围以一定的台阵形式布置一定数量的探头（传感器），组成传感器阵列，当监测体内出现微震（声发射）时，传感器即可将微震信号拾取，并将这种物理量转换为电压量或电荷量，通过多点同步数据采集测定各传感器接收到该信号的时刻，连同各传感器坐标及所测波速代入方程组求解，即可确定微震震源的时空参数，达到定位之目的。
微震监测技术能够实时、长期、靠近震源监测大范围岩体变形破坏，准确定位震源发生时间、空间位置、微震释放能量、微震体变势、微震尺寸等。通过记录、统计、分析微震事件的诸多参数的时间和空间中的分布，并利用定量地震学、统计地震学、工程地震学的理论方法，通过矩张量分析，明确微震事件的性质（剪切、张拉、复合）以及众多微震事件在时空中的演化，黏度性、扩散性等，实现灾害发生空间、时间的概率性预警和分区分级评估。
由此可见微震（声发射）监测最重要的是选择监测阵列，微震（声发射）监测以阵列形成对整个阵列控制范围（体）的监测，微震相比应力监测范围较大，但是缺点是没有应力监测直观，未知事件太多，需要自学习或者人工干预分析，对后续工作要求较多。
4 采空区防治措施
选择合理、科学的采矿方法设计前应充分了解矿区地压的显现特点及成矿规律，结合矿山的开采条件，进行類比分析找出安全可靠地开采方法。对于房柱式开采体系，就是将回采单元划分矿房，矿柱并相互交替排列，回采矿房时预留规则矿柱维护采空区顶板。
采空区的治理办法主要是充填、支护、爆破、封闭。
1. 充填治理措施
利用后续生产掘进产生的废石作为充填材料，对就近采空区进行充填处理，废石层的厚度达到采空区高度的80%以上，满足冲击气浪缓冲层厚度要求，确保采空区安全稳定；矿山充填新技术可以充分利用现有资源如矿山尾矿、废石、不可利用的废旧物料等，使回采空间随矿石的采出而被充填，能保护围岩不发生塌陷、消减尾矿排放。
2.合理支护措施
井下采场因采矿各种人工因素造成矿柱破裂，采空区形成过程中需要及时采用支护手段如喷射混凝土、锚索、废石挡墙、锚喷网加 注浆等支护方式。实践表明在各种复杂地质环境下由于选用不正确的支护方式导致采矿人员安全事故及设备毁坏时有发生。因此，为了保证井下施工安全需要选用正确的支护方式去改善采场围岩的稳固性。
3. 人工爆破
对于围岩稳固、整体性好、不能自然崩落的采场，采用强制爆破手段崩落顶部围岩，使围岩充填采空区形成缓冲岩石垫层，控制地压转移，缓和顶板集中应力，防止采空区顶板大面积塌落，以免生产巷道、设备和人员受到伤害。
采空区放顶要满足以下几项基本要求： 一是地表允许塌陷； 二是塌陷后不会造成地下水或地表水涌入； 三是面积适当并能有效隔离； 四是能够确保施工现场安全。
4.封闭塌陷区
加强采空区防灾管理工作圈定采空区范围，针对地表塌陷区域，井下采空区进行封闭并悬挂标志牌、禁行标志，在地表及井下各采空区范围安设木制或铁丝网栅栏并挂设警示灯，加强现场巡视，及时了解采空区的安全状态，防止人员进入。
5 结语
经分析引发采空区灾害的原因大多是由于采用不科学的采矿方法造成的。当人们注意到了环境对人类生存的重要性，懂得如何正确解决资源需求与保护人类生存环境的矛盾时，科学的采矿方法将被越来越广泛地采用，随着采矿新技术不断发展，合理进行开采避免矿山开采引发的采空区灾害的产生。
矿山地下采空区仅仅只是地质灾害的一部分，为了更好掌握各方面有可能出现的地质灾害，加强对深部采场回采诱发的动力扰动对采空区稳定性影响进行长期监测，建立基于应力监测和微震系统的多手段采空区灾害监测预测预警的分析报告制度，对灾害进行较准确的、超前的预报预测，及时采取防范措施，对完善矿山安全生产保障机制具有重要作用。
参考文献
[1] 刘耀源.矿山采空区灾害监测、预防与治理﹝J﹞河北冶金， 2013（1） 316-317.