一种针对地下深层老空区垮落现状的监测分析方法与流程
1.本发明属于矿业技术领域，涉及一种针对地下深层老空区垮落现状的监测分析方法。
背景技术：
2.井下采场回采会形成空区，正常采场空区比较小。由于垮落岩石有膨胀系数，会膨胀扩大，空区在岩石垮落下会自然消失，还有的空区采用充填法，通过充填的方式让空区消失。但过去回采中也会出现较大老空区的情况，比如采用崩落法采矿，顶板又相对比较稳固的情况。这种情况下遗留的老空区需要通过充填的方式来让老空区消失，但是这种老空区比较大，要多年才能充填结束。在这个过程中，对老空区的安全分析特别重要，而安全分析最好的方式是能了解到老空区内部实际的垮落情况，即空区的顶板高程，空区的实际高度，空区的覆盖层厚度。
3.常规的方法通过探地雷达来扫描探测大空区覆盖层，利用地下介质的电性差异来进行分层及查明地下异常地质体。如中国专利2019108897164露天矿超深孔爆破处理方法，但该方法探测范围小，且反射信号容易受到干扰，无法得到精确的数据，人工抬着设备探测，工作量大。
技术实现要素：
4.本技术提供一种针对地下深层老空区垮落现状的监测分析方法，其能对空区进行精准完整分析。
5.为实现上述技术方案，本技术采取的技术手段为：一种针对地下深层老空区垮落现状的监测分析方法，包括：
6.在空区的勘探线布置监测钻孔，并通过监测钻孔布设高清视频仪；
7.在大空区布设大空监测设备，所述大空监测设备包括电动绞车、连接于电动绞车的高清视频仪，以及用于接收高清视频仪监测数据的工程电脑；所述高清视频仪的监测数据包括空区顶板深度、覆盖层深度；
8.通过对监测数据进行处理，获得目标数据如下：
9.孔口标高和空区顶板深度之差，获得空区顶板高程；其中孔口标高通过地表测量获得；
10.孔口标高和覆盖层深度之差，获得覆盖层高程；
11.空区顶板高程和覆盖层高程之差，获得空区实际高度；
12.通过回采爆破设计，获得空区底部高程，覆盖层高程与空区底部高程之差，获得覆盖层厚度；
13.顶板最近一次监测高程与第一次监测高程之差，即可获得顶板累计冒落高度；
14.将顶板高程、覆盖层高程上传到剖面图上，绘制空区剖面示意图。
15.作为本技术改进的技术方案，所述监测钻孔的直径不小于110mm。
16.作为本技术改进的技术方案，所述监测钻孔至少两个，其中一个设于空区上盘、另一个设于空区下盘。
17.作为本技术改进的技术方案，监测钻孔的孔口向下20-30m的范程内装套管，并且孔口安装有孔口盖。
18.有益效果
19.本发明是通过推测手段获得结果，可以直接测出空区顶板的深度，及空区覆盖层的深度，再借助孔口高程，可以直接计算出空区顶板高程及覆盖层顶部高程，另外通过录像拍照功能，可以直接看到空区内部的情况，比如是否有积水及充填体。
20.其他技术手段，比如地质雷达，是通过监测及推断的方式获得结果，且监测范围有限，对本发明几乎没有技术贡献，反而本发明可以用来印证地质雷达的推断结果。
附图说明
21.图1某矿山5线空区剖面示意图。
22.图中：1：监测孔号，2：监测孔开孔标高，3：监测孔，4：采空区，5：空区顶板边界线，6：空区顶板高程，7：覆盖层高程，8：覆盖层9：矿体，10：巷道。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
24.本发明是一种针对地下深层大空区垮落现状的监测分析方法，具体步骤包括：地表监测孔的布置、监测周期及目标数据、空区监测、监测数据处理、监测结果分析。具体步骤如下：
25.1、地表监测孔的布置
26.在勘探线附件布置监测钻孔，为了让钻孔视频仪能够顺利放入空区，钻孔直径不小于110mm，监测孔一般布置于勘探线附近，一般空区上盘和下盘各布置一个。重点监测区域可以根据实际情况布置。监测孔从地表向下打垂直钻孔，直到和大空区相通，孔口向下一定距离(一般是1-5m)需要装套管，孔口需要安装孔口盖，防止一些东西钻入孔内堵塞监测孔。本步骤的技术目的的为后续利用钻孔视频仪进行监测服务，其中空区上下盘各自布置一个孔的目的是能更准确的反映空区垮落情况，为后续绘制空区剖面示意图服务，只有一个孔绘制出来的不够准确。
27.2、监测周期及目标数据
28.为了更好的了解空区垮落情况，一般监测周期设置为每月1次。
29.目标数据指的是用于空区垮落情况分析的数据，是通过高清视频仪监测数据计算后获得，包括空区顶板高程、覆盖层高程、空区高度、覆盖层厚度、顶板累计冒落高度等。
30.所述高清视频仪的监测数据包括空区顶板深度、覆盖层深度；
31.通过对监测数据进行处理，获得目标数据如下：
32.孔口标高和空区顶板深度之差，获得空区顶板高程；其中孔口标高通过地表测量获得；
33.孔口标高和覆盖层深度之差，获得覆盖层高程；
34.空区顶板高程和覆盖层高程之差，获得空区实际高度；
35.通过回采爆破设计，获得空区底部高程，覆盖层高程与空区底部高程之差，获得覆盖层厚度；
36.顶板最近一次监测高程与第一次监测高程之差，即可获得顶板累计冒落高度；
37.将顶板高程、覆盖层高程上传到剖面图上，绘制空区剖面示意图。
38.监测的过程会有视觉误差，会导致监测结果和上次监测数据对比有一定的偶然性误差，视觉观察在探测过程中也存在微小误差。但总体误差较小，不影响监测结果的判断。
39.其中，通过高清视频仪获得的数据会直接传输到工程电脑，在工程电脑上可以直接读取，包括覆盖层深度、空区顶板深度；此外通过高清视频仪可以对空区内部进行录像和拍照，并传输到工程电脑，在工程电脑可以直接读取。
40.本步骤的技术目的是确定监测周期及目标数据，为后续监测及数据处理服务。
41.3、空区监测
42.大空区监测设备主要由电动小绞车、高清视频仪、工程电脑空区监测组成，由于井下环境比较潮湿，并具有腐蚀性，高清视频仪需要具有防潮防腐蚀的特点。高清视频仪通过钢丝绳和电动小绞车相连，并通过传输线将监测数据传递到工程电脑上。监测时，将高清视频仪探头擦拭干净，然后缓缓放入监测孔，电动小绞车设置为慢速，通过工程电脑观察空区内情况，能读取探测位置深度，比如大空区顶板深度，覆盖层深度。通过工程电脑可以控制高清视频仪对空区进行拍照及拍视频，还能观察大空区是否有积水，是否有充填体等。
43.本步骤的技术目的是监测空区现状，包括读取空区顶板深度及覆盖层深度数据，并观察空区内是否有水，是否见充填体，并进行拍照取证，为后续数据处理及分析服务。
44.3、监测数据处理
45.对监测数据进行处理，
46.(1)孔口标高和空区顶板深度之差，即可获得空区顶板高程；其中孔口标高可以通过地表测量获得，地表测量属于常规技术；
47.(2)孔口标高和覆盖层深度之差，即可获得空区顶板高程；
48.(3)空区顶板高程和覆盖层高程之差，即可获得空区实际高度。
49.(4)通过回采爆破设计，可以获得空区底部高程，覆盖层高程与空区底部高程之差，可获得覆盖层厚度
50.(5)顶板最近一次监测高程与第一次监测高程之差，即可获得顶板累计冒落高度
51.(6)将顶板高程、覆盖层高程上传到剖面图上，绘制空区剖面示意图。
52.4、监测结果分析
53.(1)通过本月份地表监测孔数据与上个月相比，来分析空区顶板最近一个月是否垮落。
54.(2)通过多年顶板累计冒落高度数据、现在空区高度、结合空区形态来分析空区的稳定性。(经验是：空区累计冒落高度一直保持稳定，没有大的变化(如变化范围是0-2m表示
没有大的变化)，说明空区总体比较稳定；空区高度不高，比如只有十几米的样子，空区一般可能也比较稳定；另外空区如果是拱形，不是平顶，空区也比较稳定，平顶容易垮落，所以绘制空区剖面示意图的目的，也就是能直观的反映空区的形态，为判断稳定性提供一种依据)。
55.具体应用
56.某铁矿属于层控沉积－热液迭加改造型含硫的磁铁矿床；该磁铁矿床走向290
°
，倾向南东倾角15
°
～30
°
，走向长2188m，平均宽512m，厚度最大63.58m，平均厚度为27.07m，埋藏深度在-268.07m～-507.41m之间。矿床顶底板围岩属层状结构岩体，岩性主要为绿泥石化矽卡岩化、硅化、磁铁矿化、角岩化泥质钙质粉砂岩体，其质量总体属于良好类型。
57.矿山自建矿以来，东区一直采用采用无底柱分段崩落法进行开采。开采过程中不进行人工强制放顶，而是采用预留矿石作为覆盖垫层，随着矿山开采时空变化，空区顶板岩石自然冒落形成岩石覆盖层，然后在自然冒落的覆盖岩石下进行放矿作业，若该工艺能顺利实施，则可降低前期采矿投入成本和降低放矿过程中的损失贫化。但是，东区-355m水平以上矿体崩落采矿法采矿工艺基本结束后，由于采空区顶板围岩稳固，在整个生产过程中空区顶板未能如期冒落，导致采空区未能得到及时有效的崩落处理。目前该空区正进行充填处理，由于充填需要一个过程，在充填过程中，需要考虑空区的垮落情况，分析空区的稳定性。
58.该空区位于地下深处，在地表布置有多个监测孔，监测孔一般位于勘探线附近的上下盘，现以5线监测为例。5线附近有两个监测孔，孔号分别为czk08，czk04，其中czk08位于空区上盘，czk04位于空区下盘。监测周期为每月一次，监测数据见表1与表2，监测时，将高清视频仪探头擦拭干净，然后缓缓放入监测孔，电动小绞车设置为慢速，通过工程电脑观察空区内情况，读取大空区顶板深度，覆盖层深度，并通过工程电脑控制高清视频仪对空区进行拍照及拍视频，并观察大空区是否有积水，是否见充填体等。空区监测结束后，将数据进行处理，并绘制空区剖面示意图，如图1，图中：监测孔号1，监测孔开孔标高2，监测孔3，采空区4，空区顶板边界线5，空区顶板高程6，覆盖层高程7，覆盖层8，矿体9，巷道10。
59.表1 czk04钻孔摄像监测数据表
[0060][0061]
表2 czk08钻孔摄像监测数据表
[0062]
[0063]
5线区域空区高度只有约10m，说明空区高度比较小，且顶板高5线区域空区高度只有约10m，说明空区高度比较小，且顶板高程和邻近月份相比几乎没有变化，说明空区顶板稳定性较好，空区覆盖层厚度较厚且顶板稳定性较好，说明空区整体比较安全。随着充填的进行，空区稳定性会增强，空区会逐步变小并最终消失。
[0064]
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
