上向水平分層充填采礦法的頂板管理

彭青生

（巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市 015000）

上向水平分層充填采礦法的頂板管理

彭青生

（巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市 015000）

內(nèi)蒙獲各琦銅礦目前主要使用上向水平分層充填采礦法。在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)頂板存在較多結(jié)構(gòu)弱面，容易引發(fā)頂板冒落。針對(duì)采礦過(guò)程中出現(xiàn)的頂板問(wèn)題，分析了其產(chǎn)生原因，并提出切實(shí)有效的解決措施。

上向分層充填采礦法；頂板管理；支護(hù)措施

1 開(kāi)采技術(shù)條件

獲各琦銅礦的礦區(qū)構(gòu)造總體走向?yàn)?0°，傾向南，傾角65°～80°。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，主要褶皺有獲各琦復(fù)向斜，由兩個(gè)倒轉(zhuǎn)向斜和一個(gè)隱伏背斜組成。礦床走向上最明顯的褶皺位于9～11線，呈“Z”字形，長(zhǎng)約300m，寬約200m，屬緊閉褶皺，其南翼倒轉(zhuǎn)。CuⅠ、CuⅤ、CuⅥ礦體上盤和局部礦段下盤都存在破碎帶，破碎帶與礦體大致平行，與礦體的距離有近有遠(yuǎn)，多數(shù)存在于礦體的接觸帶。破碎帶的巖石十分破碎，綠泥石化強(qiáng)烈，局部出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，強(qiáng)度低。根據(jù)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，破碎帶的厚度越大和離礦體越近對(duì)礦體開(kāi)采的影響越大。由于破碎帶的存在，在礦體開(kāi)采過(guò)程中，原淺孔留礦采礦法采場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重的上盤圍巖垮塌，造成大量的損失貧化，作業(yè)安全系數(shù)低。

（1）銅礦體主要產(chǎn)于硅化石英巖、局部條帶石英巖中，其巖石堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，巖石穩(wěn)固。局部出現(xiàn)破碎帶，強(qiáng)度降低，穩(wěn)固性較差。

（2）礦體上盤圍巖為二云母石英片巖和黑云母石英片巖。硅化地段，比較穩(wěn)固；未硅化或硅化弱的地段，有很多斷裂或破碎帶，次生構(gòu)造、節(jié)理、劈理、裂隙發(fā)育，巖石十分破碎，松軟，綠泥石化強(qiáng)烈，遇水膨脹，極不穩(wěn)固。

（3）下盤圍巖為千枚巖和黑云母石英片巖，巖體以千枚巖為主。硅化巖石較完整，堅(jiān)硬，穩(wěn)固性好。

整體上，礦體巖石屬堅(jiān)硬～較堅(jiān)硬巖類，巖石較完整。大部分屬穩(wěn)固類型，局部不穩(wěn)固。礦體上盤圍巖，硅化地段比較穩(wěn)固，未硅化地段，巖石松軟，極不穩(wěn)固。下盤圍巖，硅化段巖較堅(jiān)硬，較穩(wěn)固，若沒(méi)有硅化，則強(qiáng)度低，穩(wěn)固性較差。在開(kāi)采過(guò)程中上盤圍巖易產(chǎn)生塌落、冒頂。

2 礦塊尺寸及出現(xiàn)的問(wèn)題

長(zhǎng)沙礦山研究院根據(jù)采場(chǎng)地質(zhì)條件綜合分析后，設(shè)計(jì)采用上向水平分層充填法，其礦房長(zhǎng)42m，寬度為礦體厚度（10～40m）。礦房間留設(shè)8m厚的間柱。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求，超過(guò)800m2留設(shè)點(diǎn)柱。點(diǎn)柱直徑不大于6m，間距15 m，盡量留設(shè)在廢石或品位較低地段，在安全作業(yè)的前提下，充填之前將點(diǎn)柱削小。

生產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，礦巖上、下盤圍巖破碎區(qū)域得到了很好的治理，但采場(chǎng)內(nèi)局部出現(xiàn)如下問(wèn)題：

（1）個(gè)別礦房礦巖剛剛揭露就沿著節(jié)理、裂隙交叉弱面出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，脫落的礦巖塊大小不一，一般為2～4m；

（2）隨著礦房開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)，揭露的礦巖沿結(jié)構(gòu)弱面出現(xiàn)層狀脫落現(xiàn)象，所脫落的層狀礦巖隨著礦巖產(chǎn)狀不同，厚度也不同，一般脫落礦巖的長(zhǎng)度5～6m，厚度1m左右；

（3）隨著上向分層采礦，每步回采都會(huì)使原巖應(yīng)力改變其原有的分布狀態(tài)而產(chǎn)生新應(yīng)力場(chǎng)，在采場(chǎng)頂板中部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，頂板巖層將產(chǎn)生裂縫，裂縫延伸擴(kuò)大導(dǎo)致頂板冒落。

3 采場(chǎng)頂板治理的措施

（1）推行強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充?？s短采場(chǎng)礦巖采出的循環(huán)周期。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在50d范圍內(nèi)，礦巖本身抗拉強(qiáng)度大于礦巖自重應(yīng)力，不會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)安全不構(gòu)成較大的威脅。為此，加快采場(chǎng)的采礦、出礦、充填速度，可以有效地避免礦巖脫落的現(xiàn)象。

（2）通過(guò)分析地質(zhì)資料，針對(duì)個(gè)別采場(chǎng)頂板巖體中存在的節(jié)理、裂隙交叉弱面，采用長(zhǎng)錨索支護(hù)。長(zhǎng)錨索一般為鋼絞線，其破斷力為23t／根，抗拉力18t／根。采用4m×4m的網(wǎng)度布置，錨索長(zhǎng)度15 m，全長(zhǎng)水泥砂漿錨固。實(shí)際應(yīng)用表明，該方法可有效防止頂板的開(kāi)裂。

（3）對(duì)個(gè)別采場(chǎng)層狀脫落現(xiàn)象，采用短錨索聯(lián)合錨桿的方式支護(hù)。短錨索選用長(zhǎng)5m的鋼絞線，布設(shè)網(wǎng)度為4m×4m，端頭錨固，錨固端采用4卷Φ28×330mm樹(shù)脂藥卷。將錨索預(yù)緊力加到13 t／根左右。為提高頂板的安全系數(shù)，可在其空間內(nèi)打2m錨桿，采用20cm螺紋鋼錨桿或管縫式錨桿，網(wǎng)度一般為800～1000mm。

采用以上3種措施以后，采場(chǎng)頂板得到了有效的控制。

4 結(jié) 語(yǔ)

充填法礦山頂板管理與礦山的生產(chǎn)安全息息相關(guān)，獲各琦銅礦頂板管理實(shí)踐表明，頂板的穩(wěn)定性與開(kāi)采造成的應(yīng)力重新分布和巖石本身節(jié)理裂隙的發(fā)育有關(guān)，主要表現(xiàn)為隨著開(kāi)采時(shí)間增長(zhǎng)與暴露面積的加大，頂板巖石呈層狀掉落。對(duì)于采場(chǎng)頂板問(wèn)題，可通過(guò)選取合理的礦房結(jié)構(gòu)與參數(shù)，縮短采礦循環(huán)周期和及時(shí)進(jìn)行有效的支護(hù)來(lái)解決。

［1］北京西蒙礦產(chǎn)勘查有限責(zé)任公司.內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特后旗霍各乞礦區(qū)一號(hào)礦床深部Cu多金屬詳查報(bào)告［R］.北京：北京西蒙礦產(chǎn)勘查有限責(zé)任公司，2007.

［2］長(zhǎng)沙礦山研究院.巴彥淖爾西部銅業(yè)有限公司充填采礦工程技術(shù)改造項(xiàng)目可行性研究報(bào)告［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙礦山研究院，2010.

［3］于潤(rùn)倉(cāng).采礦工程師手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［4］王 青，史維祥.采礦學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［5］劉增輝.深部動(dòng)壓巷道錨注加固技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.金屬礦山，2011（5）：49－52.

2011－12－15）

彭青生（1964－），河北遷安人，工程師，從事采礦技術(shù)及生產(chǎn)管理工作，Email：qing.sheng001＠163.com。