缓倾斜薄矿体采场顶板沉降观测及其安全预报.doc

缓倾斜薄矿体采场顶板沉降观测及其安全预报 谢春捷 （锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江417500） 【摘要】锡矿山锑矿童家院矿床的号矿体为顶板不稳固的缓倾斜薄矿体，目前采用锚杆护顶尾矿似膏体胶结充填法开采，采场回采过程中顶板不留矿石护顶层，采用锚杆支护，回采结束后及时充填处理采空区。同时，采用各种仪器设备对采场顶板进行沉降观测与安全预报，最大限度地降低了矿石损失、贫化，提高了回采率，保证了采场顶板的安全，提高了矿山开采经济效益。 关键词缓倾斜薄矿体；顶板；沉降观测；安全预报 采场是地下矿山的主要工程，一旦开掘之后，必然会破坏岩体原有的相对平衡状态，使采场周围那部分岩体（围岩）的应力重新分布，引起围岩的变形、破坏和坍塌，严重的地压现象又必然会影响采矿工程的正常进行，甚至危及人们的生命安全。 为了保证采场顺利和正常进行回采，必须采取一定的工程措施，以有效地控制围岩的变形，防止其坍塌，或把可能坍塌下来的岩块支撑住，不使落下。同时，我们还必须对采场顶板进行沉降观测和安全预报，以掌握采场（包括采空区）围岩的应力状态、变形、移动和破坏的规律，寻找出有效控制地压的方法和找到维护采场稳定性的措施。 1矿山地质概况及开采技术条件 锡矿山锑矿产于入字型断裂下盘几个次一级两端倾没的短轴背斜中，主要矿体均赋存在石灰岩的硅化灰岩中。矿体具有多层性，其形态、产状和规模也有差异。主要薄矿体均赋存在厚110m钙质页岩直接底板之下，呈似层状产出，沿走向长30600m，延深601800m。矿体厚度变化稳定，一般为23m,倾角一般为1020度,局部达3545度,矿石平均品位4.5%5.7%。矿体直接顶板为厚层页岩,起伏变化不大,较规则,节理裂隙较为发育,稳固性很差。矿体底板为硅化灰岩或灰岩，不规则，稳固性好。 2采矿方法特征及采场构成要素 2.1采矿方法特征 锚杆护顶房柱法应用于开采薄矿体已彻底改变了利用矿石稳固性自然支撑顶板的被动局面，它利用人工支护主动支撑不稳固顶板，取消矿石护顶层，使矿石回采率有了很大程度的提高。不过，该采矿法必须保留大量矿柱，不但损失了大量矿石，而且积存的大量空区未及时处理会造成灾难性的地压活动。因此，改革原有采矿方法和工艺势在必行。在参照中厚矿体应用胶结充填法成功开采经验的基础上，结合锚杆护顶房柱法的优点，又应用了锚杆护顶尾矿似膏体胶结充填法。 该采矿方法的特征是采场垂直矿体走向布置，在一个盘区内沿矿体走向划分为矿柱和矿房。采用空场法先回采矿柱，嗣后用水泥、分级尾矿和粉煤灰制成尾矿似膏体胶结充填，盘区内矿柱回采完毕并充填后再回采矿房，采完后用低标号尾矿似膏体胶结充填料或分级尾矿非胶结充填。 分级尾矿充填。矿柱、矿房回采过程中，采场顶板均不留矿石护顶层，采用锚杆支护。 2.2采场构成要素 采场构成要素是根据该缓倾斜薄矿体赋存条件，经过理论计算，结合已采用的各种采矿方法经验确定的。采场长6070m，矿房和间柱跨度均为6m，最小开采高度为2m，矿体局部厚度超过了3m时，实行分层开采。 3回采工艺 3.1回采顺序 首先回采矿柱，从盘区一翼向另一翼或从两翼向中间推进。矿房的回采必须待两侧矿柱采后充填，并且充填体达到一定的强度后才开始进行。矿柱回采禁止从两翼向中间推进。 3.2凿岩爆破 凿岩采用YG-40型钻机，逆矿体倾向沿工作面全宽布置平行炮眼，孔径约42mm，孔深2.22.4m，最小抵抗线为0.60.7m，间距0.81.2m。每班崩矿约40t。爆破采用2#岩石乳化炸药，非电导爆管联接，一次起爆。 3.3矿石运搬 采用2PDT-28型或2PDT-30型电耙绞车将矿石从采场耙入漏斗，再用矿车从漏头装运至溜矿井提升到地面。 3.4采场充填 从选厂经管道输送到充填制备站的全尾矿首先进行脱泥分级，分级尾矿通过管道自流到卧式砂仓，滤水后通过抓斗向稳料仓供料，经安装在稳料仓底部的振动放料机和皮带秤的计量后通过皮带运输机输送至搅拌桶。 水泥和粉煤灰用散装罐车运送，通过压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓，经仓底插板阀、星形给料机、转子称计量后通过螺旋输送机输送至搅拌桶。上述充填物料在搅拌桶内强力搅拌形成合乎质量浓度要求的分级尾矿似膏体料浆，然后通过高压泵加压后经管道输送至待充采场。 充填作业前，首先用混凝土做采场下部密闭，充填准备工作完成后即可充填。矿壁充填配比：水泥：粉煤灰：尾矿=1：2：8（质量比），质量浓度74-76%。矿房充填配比：水泥：粉煤灰：尾矿：1：4：15（质量比），质量浓度74-76%，或分级尾矿非胶结充填。 4采场顶板维护与监测 4.1采场顶板维护 锡矿山锑矿过去开采顶板不稳固的矿体一般采用留矿石护顶的方法，利用矿岩的自身强度自然支撑顶板。从1960年开始，陆续发展了锚杆支护、喷射混凝土支护、喷锚联合支护等多种支护形式。锚杆护顶房柱法自试验应用以来，护顶所采用的锚杆有金属楔式锚杆、楔管式锚杆、管缝式锚杆、水泥药卷锚杆等4种。锚杆护顶砂浆充填采矿方法选择水泥药卷锚杆支护。锚杆长均取1.82.0m，支护基本网度间距为11m，根据需要还可适当加长锚杆或缩小支护网度。锚杆的安装一般要与采矿同步进行，锚杆方向要基本垂直岩层。采场开采过程中，每次爆破前，顶板沿有安装锚杆的面积不能超过6m2（距工作面长度不大于1m），每次爆破后不能超过18m2（距工作面长度不大于3m）。 4.2采场顶板的监测 采场顶板的监测除采用人工检查外，还应用光、电、声、机四类数十种测试仪器和研究设备进行测试，直接用于顶板监控测试的仪器有弹簧沉降器、挂顶压力计、橡胶垫、裂缝计、对顶观测器、脱层仪、顶板测力计、顶板压力仪、地音仪、杆柱量测器、水准仪、经纬仪等。 测试内容包括顶板的沉降、平移、压力、磁电势、高频等；矿柱的承压状况、应力变化、周围巷道特别是巷道顶板岩变。 观测网布置，一般是沿矿层走向布设主轴线，每隔50m-150m垂直于主轴线布设短轴线。巷道测点应布在顶板轴线部位和两壁的中部，矿柱测点应布设在侧向中部和距采场顶板0.5m0.8m部位，采场顶板点一般固定或布在杆柱尾端处；基点一定要布设在基岩很稳定且能通视的地方。采场顶板的监测周期为1周。 5采场顶板沉降监测结果分析及安全预报 （1）一般工作面被拉开20天以内，采场顶板下沉值和下沉速度呈急增状态，随着工作面向前推进而逐渐衰减。 （2）采场中部由于拉应力集中的缘故，顶板下沉值一般比两端大。 （3）采场顶板下沉值的大小与顶板地质断裂构造、软弱层厚度、锚杆安装质量、以及采场跨度大小等因素有关。 （4）采后的空区顶板在覆盖岩层的压力作用下，将产生弯曲变形，其下沉量的大小与岩石性质、采场的几何形状、边界情况及空区空顶时间长短因素有关。开采初期下沉量小，随后逐渐增大。当顶板下沉量W=150-170mm，下沉速度V1.5-5mm/天，下沉曲率K210-3时，空区顶板处于冒落前的临界状态。 （5）在直接顶板弯曲变形和破坏的过程中，顶板上覆岩层也出现较少的变形（下沉和错动），其量随时间的增加而加大，离直接顶板越远，下沉量越小，在顶板离层的同时，常伴有水平错动，离层带的高度一般等于采高的23倍。 因此，施工过程中，要严格把好“三关”，不拉完底不挑顶，不挑完顶不大量出矿，不出完矿不充填。及时安装锚杆，做到强采、强出、强充，尽量缩短采场顶板的暴露时间，以保持采场顶板的安全稳定性，保证生产安全。 6结论 锡矿山闪星锑业有限责任公司采选厂先后采用锚杆护顶房柱法、锚杆护顶砂浆胶结充填法、锚杆护顶尾矿似膏体胶结充填法回采顶板不稳固的缓倾斜薄矿体，回采过程中采用锚杆主动支护采场顶板，改变了过去单纯利用岩石稳固性自然支撑顶板的被动状态，主动地利用人工支护，积极地开展顶板预测预报工作，回采后及时充填空区，有效地控制了顶板围岩的变形，防止其坍塌，大大地改善了回采安全生产条件，降低了矿石损失贫化，提高了回采强度，为矿山正规开采，提高经济效益做出了贡献。 参考文献 1祝禄发，张根深.缓倾斜薄矿体锚杆护顶砂浆充填法实验研究J.有色矿山，1994，6