玉水硫銅礦-190中段礦柱安全程度分析

吳 華

（廣東金雁工業(yè)集團玉水硫銅礦，廣東 梅州 514000）

1 開采現(xiàn)狀

玉水硫銅礦共設計從-28m至-250m共11個中段開采，中段高度約12～30m，整體采用上向廢石充填采礦法，局部采用房柱法采礦，開礦至今已經(jīng)開采了33年，目前主要生產(chǎn)采場集中在-190m中段。在回采過程中，為了安全上采和確保生產(chǎn)的延續(xù)銜接，大部分采場采用分區(qū)隔離充填回采，并規(guī)劃有一定厚度的連續(xù)礦墻，使各采場保持相對獨立，在有效管理采場地壓的情況下保證采礦生產(chǎn)的順利進行。

2 地壓顯現(xiàn)情況

隨著玉水硫銅礦開采范圍的增加，采場的暴露面積越來越大，雖然整體采用充填采礦法，但是生產(chǎn)上的制約也增加了采場暴露時間，隨著開采范圍的不斷擴大，對地壓的擾動越來越強烈，地壓活動帶來的安全壓力也越來越明顯，近年來，共發(fā)生過一起大面積冒頂事件（-58中段2#、3#、4#采場）和兩起局部頂板冒落現(xiàn)象（-1302#采場、-1907#采場）[1]。而在采礦活動最頻繁的-190m中段，也出現(xiàn)了多個礦柱被應力剪切破裂或出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象表明，玉水硫銅礦的地壓應力已初步顯現(xiàn)，特別是在后期要繼續(xù)深入-190m中段開采，地壓活動所帶來的安全壓力將嚴重影響安全生產(chǎn)活動，所以對-190m中段的支撐礦柱進行安全程度分析具有十分重要的意義。

3 -190m中段現(xiàn)狀

3.1 -190m中段水文地質(zhì)情況

玉水硫銅礦水文地質(zhì)類型為水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件復雜程度中等，以巖溶充水為主的隱伏礦床。巖溶發(fā)育較強的部位主要在0m標高以上，0m標高以下影響不大。從-190m中段工程揭露情況看，在西部（地質(zhì)勘探1線以西）靠近F23斷層的次級F8導水斷層，探礦過程中ZK1-4孔發(fā)生突水，坑道中每遇該斷層時都有滴水或涌水現(xiàn)象，尤其與F12復合部位附近產(chǎn)生10m3/h的涌水；東南部（F11斷層以東）沿F11斷層探礦在六線二部位巷道頂板節(jié)理發(fā)育，較破碎，出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。中部（地質(zhì)勘探1線到4線之間）-1901#～5#采場斷面和裂隙少有滴水，屬水文地質(zhì)簡單，對采場開采影響不大。

3.2 -190m中段采場情況

-190m中段是現(xiàn)階段集中進行開采的主要中段，規(guī)劃 有 ：-1901#、-1902#、-1903#、-2082#、-1904#、-1905#和-1907#7個銅礦采場，以及東北部的-1905#采石場和東部的-1908#鉛鋅采場。

除-1908#采場相對獨立外，其余采場都緊密相連，回采作業(yè)時易出現(xiàn)相互干擾制約，同時主暗斜井筒在-1901#和-1902#、-1903#采場之間穿過，預留有約16m厚的保安礦柱。

F9斷層橫穿-1901#、-1903#、-1904#、-1905#采 場，為-1904#、-1905#采場與-1903#的采場分界線。F10斷層橫穿-1902#、-1903#采場，為-1902#采場與-1903#的采場分界線。

4 -190m中段采空區(qū)應力分布及礦柱安全程度分析

4.1 -190m中段采空區(qū)應力分布

礦體被采出后形成空場，原先巖體的原巖應力狀態(tài)被打破，在采空區(qū)圍巖周邊和礦柱上形成應力集中現(xiàn)象，當集中應力大于周邊圍巖和礦柱的極限抗壓強度時，周邊圍巖和礦柱就會在應力的剪切和擠壓作用下發(fā)生變形、移動和破壞。-190m中段采空區(qū)應力分布見圖1、圖2。

圖1 -190中段采場空區(qū)沿礦體走向礦柱應力分布示意圖

圖2 -190中段采場空區(qū)垂直礦體走向礦柱應力分布示意圖

4.2 -190m中段礦柱安全程度分析

覆巖總重假說認為，開采空間承受的載荷P，是開采空間上部直達地表全部覆巖重量的總和[2]：

保證礦柱強度必需的截面，按許用承載強度計算，則礦柱的相對面積應滿足：

式中

S——礦柱支撐的上部覆巖面積,m2；

γ——覆巖容重,t/m3；

H——開采深度,m；

k——載荷系數(shù)，k與巖石性質(zhì)有關(guān)，也與開采深度H和開采空間短邊尺寸L(沿走向或沿傾斜)的比值有關(guān)。當H/L＜1時，k=1；當H/L＞2時，k=0.4～0.8；

s——礦柱的截面積，m2；

η——安全系數(shù)。

根據(jù)以上公式，初步計算玉水硫銅礦礦-190m中段各采空區(qū)礦柱的安全系數(shù)，并判斷所留礦柱尺寸是否滿足抗壓強度的要求。-190m中段各采場永久礦柱共34條，其中不符合永久礦柱安全系數(shù)范圍的有3條，詳見表1。

表1 -190中段礦柱安全系數(shù)計算結(jié)果表

注：安全系數(shù)，對于永久礦柱，取3～5，臨時礦柱，取2～3。

5 安全支護建議

（1）通過計算結(jié)果，-1903#采場預留的1#礦柱和3#礦柱以及-1904#采場預留的1#礦柱所留礦柱尺寸是不符合安全要求的，從現(xiàn)場觀察情況看，三個礦柱也出現(xiàn)了不同程度的裂隙和片幫現(xiàn)象。為確保采礦安全，我們建議對-1903#采場預留的1#礦柱和3#礦柱采取加固措施，主要對礦柱先進行分段的鋼絲繩纏繞在以豎立的鐵軌主筋上，接著用砼磚圍住，最后倒入混凝土；對-1904#采場預留的1#礦柱采取在礦柱旁邊砌筑磚柱與原礦柱共同支撐頂板，緩解1#礦柱的支撐壓力。

（2）必須高度重視后期礦山開采的地壓管理，繼續(xù)堅持目前礦行之有效的管理措施，加強對預留礦柱的觀察以及地表和井下巖移觀測點的測量監(jiān)測。

（3）在采場正常的回采過程中嚴禁對預留的礦柱和礦墻進行開采，如需開采，必須進行嚴格的科學開采設計和論證。

（4）采場在上采過程中若遇到局部頂板不穩(wěn)定礦體，應積極采取人工支護手段（如支架，錨桿，磚柱支護等），防范不穩(wěn)定頂板在地壓及爆破振動的影響下發(fā)生局部冒落風險。

（5）嚴格按設計要求的施工步驟回采或部分回采礦柱，做到分區(qū)充填和相鄰分區(qū)礦柱回采的協(xié)調(diào)進行。回采礦柱時，先做好相鄰分區(qū)的上采及充填工作后，方可安排分區(qū)礦柱的回采工作；回采礦柱和砌筑人工磚柱得銜接進行，先回采一部分礦柱后，在剩余原生礦柱的支護下砌筑磚柱，最后回采剩余礦柱。