露天转地下开采巷道变形监测及灰色预测 大学毕业论文.pdf

I S S N 1 o o 5 2 7 6 3 CN 4 31 2 1 5 ／ T D 矿 业研 究与开发 第 2 6卷 第 5期 MI N I NG R D，Vo 1 ． 2 6， No ． 5 2 0 0 6年 1 O月 Oc t ． 2 o o 6 露 天 转 地 下 开 采 巷 道 变 形 监 测 及 灰 色 预 测 何姣云， 任高峰 武汉理工大学 资源与环境工程学院， 湖北 武汉4 3 0 0 7 0 摘要 利用 WR M 一 3型 收敛计 对大 冶铁 矿 露 天转地 下挂 帮矿开采的巷道进行 了收敛监测， 通过对监测结果的分析， 确定了影响巷道收敛的因素。同时结合大冶铁矿 的现场实 际， 给出了灰色模型在预测巷道变形趋势方面的应用， 认为 灰色预测方法在地下工程位移监测中是适用的。 关键词 回采进路 ； 收敛监测 ； 巷道 围岩 变形 ； 灰 色预 测 中图分类号 T D 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 6 3 2 o o 6 0 5 0 0 7 20 3 M o n i t o r i n g a n d Gr e y Pr e d i c t i o n o f De f o r ma t i o n o f Ro c k S u r r o u n d i n g Ro a d wa y d u r i n g Tr a n s f e r f r o m Op e n c a s t i ng t o Un d e r g r o u n d M i n i n g H e J iy u n ， R e n C a o f e n g S c h o o l o f R e s o u r c e a n d E n v i r o n m e n t E n g i n e e ri n g ， Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Wu h a n， H u b e i 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e c o n v e r g e n c e o f f o r mi n i n g t h e h a n g i n g wa l l o r e wa s me a s u r e d b y u s e o f Mo d e l W R M 一3 c o n v e r g e n c e me t e r d u ri n g t r a n s f e r f r o m o p e n c a s i n g t o u n d e r g r o u n d mi nin g i n Da y e I r o n Mi n e ．On the b as i s of t h e me as u r e d r e s u l t s ，t h e a n t h o rs i d e n t i fi e d s o me f a c t o rs a ff e c t i n g t h e c o n v e r g e n c e o f d r i f t s ． I n t h i s p a pe r ，t h e p ri n c i p l e of g r e y p r e d i c ti o n a n d r e s i d u e d i ff e r e n c e e x a mi n a t i o n of i t s p r e d i c ti o n e ff e c t i s b ri e fl y i n t r o d u c e d ． C o mb i nin g w i t h t he fi e l d p r a c t i c e of Da y e I r o n Mi n e ，t h e a p p l i c a ti o n o f g r e y mo d e l s i n t h e p r e d i c ti o n o f d e f o r ma t i o n t r e n d i s p r e s e n t e d o u t ．Th e a u t h o rs c o n s i d e r t a t g r e y p r ed i c t i o n i s a p p l i c a b l e i n un d e r gro u n d e n g i n e e ri n g ． 。 Ke y Wo r d sC o n v e r g e n c e mo n i t o rin g ，D e f o rm a t i o n 0 f r o c k s u r r o un d i n g r o a d wa y ，Gr e y p r e d i c t i n g 大冶铁矿露天转地下开采的首采段为狮子山北 帮挂帮矿。狮子 山矿段 一4 8 m 以上北帮挂帮矿 的 矿量为5 6 ． 4 5万 t ， 该覆挂矿位于主矿体的上部 ， 已 被回填废石覆盖， 覆盖层 一 4 8 0 m 。为开采主矿体 制造有利条件， 尽可能多地回收矿产资源， 必须将此 挂帮矿优先开采。露天开采 时期 的大规模 开挖， 在 露天坑周围岩体已形成较大的应力扰动 ， 以压应 力 释放为主， 局部产生应力集 中； 在此基础上进行地下 开采 ， 将形成更复杂的次生应力场 ， 引起围岩的进一 步变形和破坏。东露天转地下采用无底柱分段崩落 法开采， 参照无底柱分段崩落法的适用条件， 结合大 冶铁矿的工程地质特点分析 ， 开采的主要难点是如 何保证采准巷道的稳定。因此有必要对大冶铁矿东 露天转地下回采期间巷道的稳定性进行定期监测 。 l 收敛监测设计 1 ． 1 量测仪器的选择 目前 ， 用 以测量洞室围岩变形 的仪器很多 ， 用 的 最多的还是收敛计 。国内收敛计大致可以分为单向 重锤式 、 万向弹簧式、 万 向应力环式等 3种。大冶铁 矿东露天转地下 回采期间巷道围岩周边位移量测使 用的是 WR M 一 3型收敛计。其原理是测量在恒定 张力作用下不同时刻两点 间的距离 ， 它 由穿孔的钢 卷尺、 测量微小位移的千分尺、 测量钢卷尺张力的测 力钢环 、 张紧装置、 球状铰及框架等组成。利用张紧 装置 ， 调整钢卷张力， 当其张力达到一定值时 ， 从钢 卷尺和千分表出两点间的距离。隧道的收敛量测可 以测量巷道表面两点的相对变形 ， 两帮之间的变形 ， 顶、 底板间的相对变形等。 1 ． 2 量测断面与测点布置 为了了解巷道 围岩变形的特点 ， 了解其变形与 跨塌的原因与模式 ， 为巷道支护和预报巷道围岩 的 破坏行为提供可靠的依据 ， 我们在东采 一2 4 m水平 首采段巷道内布置了8 个收敛断面进行岩体位移收 敛量测 。8个收敛监测断面的位置 见图 1 。A断面 位于 一24 m水平主通道断层处 ， B、 C断面分别位于 2 、 3 巷道 ； D、 E断面分别位 于主通道 与 4 、 6 进路 连接处； F 、 G 、 H断面布置在补 1 、 8 、 9 进路内。其 中， A、 D 、 E共 3 个断面布置在脉外巷道岩石破碎部 位， B布置在穿脉巷道， C 、 F 、 G 、 H 3 个断面布置在采 收稿 日期 2 0 0 5一l l O 8 作者 简介 何姣云 1 9 7 5一 ， 女 ， 湖南省邵东县人 ， 在读博 士， 研究方 向为岩石力学 与工程 、 矿 山安全工程 维普资讯 何姣云 ， 等 露天转地下开采巷 道 变形监测及 灰 色预测 7 3 矿进路中。巷道断面收敛量测测点布置见图2 。 ， 图 1 2 4 n l 水平 首采段监 测点位置 图 2 巷道断面收敛测量 1 ． 3 收敛量测结果与分析 一 2 4 m水平首采段 8个收敛监测断面中， 除 了 E断面由于测 头松没得到数据外 ， 其余 断面 的收敛 计部分量测数据见表 1 。由于监测是根据 回采期间 的爆破工作进展情况而进行的， 所以各个收敛量测 断面的量测频度不一样 。 从表 1中可以看出 ， 对于 一 2 4 m水平主平巷 内 的 D断面而言， 3条测线 中， 测线 2的位移值最 大 ， 最大位移值达到 了6 ． 5 7 9 m m， 而其他两条测线位移 值变化较小。由于该断面接近放矿溜井 ， 支护较好 ， 围岩较稳定。对于 8 进路中的 F断面而言 ， 3条测 线的位移值均较小。2 测线位移值很小 ， 而 1 测线 的收敛变化值均在 0 ． 5 r m n之 内， 3 测线 的位移值 呈正负交替出现， 这可能与旁边平行的9 、 1 0 进路 的回采影响有关 ， 但是位移变化值均在 1 r m n之 内， 总的来说 ， 岩体稳定性较好。对于 9 进路内的 G断 面而言 ， 1 、 2号测线位移变化值很小 ， 3号测线的位 移值变化较大 ， 进路巷道 的两帮间距呈现缩小的趋 势， 类似于 F断面， 3号测线的变化可能与旁边平行 的进路 回采有关 。对于 1 O 进路 内的 H断面而言 ， 由于测线 1的测头松动 ， 未能及时获得围岩位移值 ； 测线 2位移值较小 ， 3号测线的位移值变化较大 ， 进 路巷道的两帮间距也呈现缩小 的趋 势。综合 分析 F 、 G、 H 3个进路收敛量测断面可知 ， 矿体 回采时 ， 各 个巷道的位移断面相互影响， 但 总体位移值均较小 ， 矿岩的总体稳定性较好 。 表 1 2 4 m 水平各收敛 断面量测 数据表 单位 l m n 对于首采区西面的 A、 B、 C断面而言， 从仅有 的 几组监测数据分析可知 ， 1 ， 2 ， 3号巷 道位移值均较 维普资讯 7 4 矿 业 研 究 与 开 发 大。其 中 A断面的 3号测线的水平位移值达 到了 3 4 ． 6 0 5 m m， 此处应注意重点监测 ， 从现场了解来看 ， A断面顶部出现 了局部冒顶现象 ， 虽然进行 了及时 支护， 但仍应该加强监测。平行于主平巷 的 3 进路 内布置 了 C断面， 该断面在 回采初期巷道两帮及巷 道左帮 向里看 出现较大变形， 其中两帮出现侧鼓 现象 ， 净空距离缩小 了 3 4 ． 9 m m， 变形非常大 ， 巷道 左帮在 2个月时间内位移达到 1 8 ． 3 2 1 m m， 在 随后 的两个月内， 该断面左帮再 收敛 1 4 ． 8 1 1 mm， 在 2 0 0 3 年 1 2月 1 O号 以后 ， 该断面顶板及两帮 的变形基本 稳定。对于脉外平巷内的 E点， 接近溜井围岩顶部 出现了冒顶现象 ， 对 冒顶区域虽然进行 了简单 的治 理 ， 但仍有大片的松动岩石裸露 ， 鉴于该断面处于运 输平巷内， 来往人员较多 ， 建议对该区域进行挂网喷 射混凝土支护 ， 以确保安全 。 2 开采巷道 围岩变形灰色预报 对大冶铁矿露天转地下挂帮矿开采首采 一2 4 m 水平的 D断面的收敛位移进行观测 ， 测得非等时的 时间序列， 经 3 次拉格朗日插值后获得符合时间序 列分析等时性要求的数据 见表 2 。 表 2 D断面实测数 据及补充值 日期 测量值 1 0 m 日期 测量值 1 0 m 2 o o 3 ． 1 1 ． 1 7 9． 3 0 2 2 O o 3． 1 2． O 5 9． 41 9 2 O o 3 ． 1 1 ． 1 9 9． 2 3 6 2 o o 3． 1 2． 0 7 9． 3 8 3 2 O o 3 ． 1 1 ． 2 l 9． 0 5 8 2 o o 3． 1 2． o 9 9． 2 6 5 2 o o 3 ． 1 1 ． 2 3 8． 8 44 2 o o 3． 1 2． 1 1 9． 1 3 3 2 o o 3 ． 1 1 ． 2 5 8． 6 7 2 2 o o 3． 1 2． 1 3 9． 1 4 9 2 o o 3． 1 1 ． 2 7 8． 6 l 8 2 O o 3 ． 1 2． 1 5 9． 2 41 2 o o 3 ．1 1 ． 2 9 8． 8 3 5 2 O o 3 ． 1 2． 1 7 9． 3 3 7 2 o o 3 ． 1 2． Ol 9． 1 7 2 2 O o 3 ． 1 2． 1 9 9． 3 6 6 2 o o 3． 1 2． 0 3 9． 3 5 7 2 o o 3 ． 1 2． 2l 9． 2 5 5 取 2 0 0 3年 l 1 月 1 7日至 1 2月 1 5日之间的 1 5 个数据 ， 按灰色系统理论 的模型进行预报 ， 得 三3 ． 2 6 21 0 3 五8 ． 8 6 3 ● ● 一 1 e 2 ． 9 2 7 、 口 ／ 口 1 0 3 e 3 ． 凇 。 一 一2 ．71 7 1 0’ k0 ， 1 ， 2， ⋯⋯J7 v一1 c 0 ． 0 0 5 7 6 P 1 ． 0 0 0 0 0 G M 1 ， 1 模型 的预测结果见表 3 ， 从表 3中可 知 ， 预测模型的预测值 比实际数值偏大， 但是误差均 没超过 2 ％ ， 精度比较高。 表 3 G M 1 。 1 模型 的预测结果 霉 原 据 ； 拟 8 k 髓 loo 1 0 号 。 序列 ； 0 m } 2 { 一 } 2 { 3 结论 通过对大冶铁矿东露天转地下 一 2 4 m水平首 采段巷道的收敛 变形监测及对监测结果进行分析， 可以得 出如下结论 1 对 比分析整个首采 区东西部巷道围岩的变 形特点 ， 可以发现 一 2 4 m水平 围岩的应力变化存在 着以下规律 当首采区西部 回采巷道 围岩稳定性较 差时， 其东部 回采进路的巷道 围岩稳定性相对较好 ； 而当西部回采进路巷道围岩逐渐趋于稳定时， 其东 部回采进路内的巷道则 变形较大。因此， 对该水平 进行 回采时 ， 必须密切注意各条 回采巷道 内的变形 情况， 防止应力转移后在巷道局部地区产生应力集 中， 造成巷道破坏。 2 建议对主平巷内出现的两处围岩冒顶处进 行治理 ， 特别是位于应力载荷较大 的东部采区的 E 断面， 必须加强支护。监测结果提示， 首采 区下一步 生产安全防范的重点应在东部的4～1 O 进路 内。 3 利用灰色系统理论预测巷道的围岩变形是 一 种行之有效的方法 ， 由于它所需的实测数据量少 ， 故可以节省大量物力和财力。 4 用灰色模型预测 时， 对时序数据 的数量要 下转第 8 2页 维普资讯 8 2 矿 业 研 究 与 开 发 2 0 0 6， 2 6 5 分支的通路为污风串联通路 ， 应去掉某些分支消除 这些通路 ， 如果为 了消除污风 串联通路而使 网络退 化为不连通 网络时 ， 则只能通过调整井下作业时间 去掉某些用风分支来解决。 参考文献 [ 1 ] 金铭律． 黄金矿山采用自然通风的可行性研究[ J ] ． 沈阳黄金 学院学 报， 1 9 9 2， 3 3 9～ 4 2 ． [ 2 ] 王荚敏． 矿井通风与防尘 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 3 ] 徐竹云． 矿井通风系统优化原理与设计计算方法 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 4 ] l j u X F ． A g e n e r a l i z e d i n v e r s e a p p r o a c h t o o p t i m a l a d j u s t m e n t o v e r t h e m i n e v e n ti l a t i o n m e a s u r e m e n t[ J ] ．A r c h i v e s o f m i n i n g s c i e n c e s ，1 9 9 3 ， 2 2 0 5- 2 1 3 ． [ 5 ] 谭允祯． 矿井通风系统优化[ M] ．北京 煤炭工业出版社， 】 9 9 2 ． 上接第 6 5页 譬 窿 矗 * 奢 援 静 图4 运输调度系统的成本费用 3 结 语 通过把粒子群优化算法 P S O 理论引人到矿 山 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 O ] [ 1 2 ] Hu W M ．L o n g s o n I ．Th e o p ti mi z a ti o n o f a i r fl o w d i s t r i b u t i o n i n v e n ti l a ti o n n e t w o r k s u s i n g n o n l i n e a r p r o g r a m min g m e t h o d[ J 】 ． Mi n i n g S c ie n c e T e c h n o l o g y ， 1 9 9 0， 3 8 1 2 0 9 2 1 9 ． HuW M ．L o n g s o nI ．A c o mp u t e rme thod f o rt h e g e n e r a l i z e d C A R l t r o l l e d fl o w p rob l em i n v e n ti l a ti o n n e tw o rks ． Mi nin g Sc i e n ce T ec h n o l o gy ． 1 9 8 9．8 1 5 3～1 6 7． 徐瑞龙．通风网路理论[ M ] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 3 ． Wa n g Y J ．M i n e v e n t i l a ti o n and a i r c o n d i t i o n i n g[ M] ．N e w Yo rkJ o h n Wi l e y an d S o n s I n c，1 9 8 2． 刘承思．通风 网络调节与控制的新原理 [ J ] ．金属矿山， 1 9 8 4， 2 1 6～l 9 ． 石海林．用数学规划法设计矿井多级机站通风系统[ J ] ． 有 色金属 ， 1 9 9 O， 2 3 1 3 6 ． 刘承思．通风网络计算原理[ M] ．济南 山东科学出版社， 1 9 9 0． 卡车运输调度系统中， 解决了诸如产量约束、 质量约 束、 设备约束条件下的运输调度系统的实时优化问 题 ， 为降低矿山运输成本 ， 提高经济效益具有重要 的 指导作用 ， 同时为其他物流运输企业实现企业效益 最大化提供 了参考价值。 参考文献 [ 1 ] 李建勇． 粒子群优化算法研究[ D ] ． 浙江大学， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 刘世光， 韩开河， 刘忠卫． 线性规划方法在矿石质量控制中的 应用[ J ] ． 有色金属， 1 9 9 7 ， 4 9 1 2 9 3 2 ． [ 3 ] 马义飞， 李祥仪． 以矿石质量控制为 目标的卡车调度系统控 制理论模型[ J ] ． 中国矿业， 2 0 0 0 ， 9 1 4 5 4 8 ． [ 4 ] 苏靖， 李曙光， 张幼蒂． 用调度技术实现品位控制的模拟研 究[ J ] ． 化工矿山技术， 1 9 9 5 ， 2 4 1 9 ～l 2 ． [ 5 ] F ． v an d e n ． e g h ． A n A n a l y s i s o f P a n i c l e S w a r mO p ti miz e r s ． P h D th e s i s [ R 】 ． P r e t o fi a ， S o u t h A c a D e p a r tme n t o f C o m p u t e r Sci e n c e Un i v e r s i t y o fP r e t o r i a，2 0 0 2． 上接第 7 4页 求并不严格， 但应尽量使所采用的数据具有较平稳 的变化规律 ； 对于实测过程中的漏损数据 ， 可采用某 些插值理论进行弥补 以形成 等时数据 ， 然后采用等 时的 C M 1 ， 1 模型进行预测。 5 预测模型预测巷道的围岩变形值比实际偏 大， 但误差均没有超过 2 ％， 精度比较高， 对于巷道 的支护设计与维修具有重要的参考价值。 参考文献 [ 1 ] 施群德． 岩石巷道围岩变形的灰色预测[ J ] ． 辽宁工程技术大 学学报 自 然科学版 ， 2 0 0 0 ， 1 9 6 5 8 3～ 5 8 6 ． [ 2 ] 刘思峰， 郭天榜． 灰色系统理论及其应用[ M] ． 郑州 河南大学 出版社 ， 1 9 9 1 ． 陈云浩． 灰色模型在预测巷道围岩变形的应用[ J ] ．矿山压力 与顶板管理， 1 9 9 6 ， 4 5 8 6 O ． 徐虎． 软岩巷道围岩稳定性的灰色预测[ J ] ． 西安矿业学院 学报 ， 1 9 9 5， 1 5 2 1 0 21 0 7． 冯仲仁． 大冶铁矿巷道变形监测研究[ J ] ．岩石力学与工程学 报， 2 0 0 4 ， 2 3 3 4 8 3～ 4 8 7 ． 张世雄． 某人防工程隧道收敛变形的影响因素分析[ J ] ．岩土 工程界 ， 2 O O 4， 7 1 2 4 8 3 4 8 7 ． 靳晓光， 王兰生， 李晓红．地下工程围岩二次应力场的现场测 试与监测[ J ] ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 2 ， 2 1 5 6 5 1 ～ 6 5 3 ． 余贤斌 ， 杨锦灿 ， 李汉宜．乔后盐矿巷道变形 收敛 的观测及结 果分析[ J ] ．昆明工学院学报 ， 1 9 9 4 ， 1 9 5 l 1 一 l 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