加筋預(yù)裂支護(hù)法在保護(hù)淺孔留礦上盤頂板中的應(yīng)用

李過生，李春，李向東 ，劉東銳

(1.嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 嵩縣 471433；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

巖金礦開采過程中，針對(duì)中厚度以下的陡傾斜金礦體，在圍巖穩(wěn)固的條件下，常選擇工藝簡(jiǎn)單的淺孔留礦法進(jìn)行開采[1]。由于淺孔留礦法采礦過程中會(huì)形成大暴露面的上盤頂板，存在安全隱患，而且近年來淺孔留礦法在開采中多次出現(xiàn)上盤頂板塌方而造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等事故，使得很多礦山在采礦過程中不敢使用淺孔留礦法[5-6]。淺孔留礦上盤頂板的支護(hù)問題一直存在，為保護(hù)上盤穩(wěn)定性，可以在淺孔留礦采準(zhǔn)施工完成后，利用采準(zhǔn)工程施工鉆機(jī)硐室，在淺孔留礦上盤頂板沿頂板產(chǎn)狀按照扇形布置中深孔，預(yù)設(shè)鋼筋，再在后期采礦過程中結(jié)合錨桿和條形網(wǎng)形成聯(lián)合支護(hù)體對(duì)淺孔留礦上盤頂板進(jìn)行支護(hù)，以提高上盤頂板在后期采礦和放礦過程中的穩(wěn)定性。

1 淺孔留礦法及上盤頂板隱患

1.1 淺孔留礦開采方法

采用留礦法開采的巖金礦多為礦石及圍巖穩(wěn)固，破碎后礦石不易再結(jié)塊的中厚以下急傾斜礦床。段高多控制在30～60 m，40 m段高最為普遍。礦塊長(zhǎng)度根據(jù)礦石和圍巖的穩(wěn)固性，通常選擇40～60 m，根據(jù)勘查規(guī)范，為便于后期管理，礦塊長(zhǎng)度以40 m居多，因此礦塊規(guī)格為40 m×40 m。在礦塊兩端施工天井、聯(lián)絡(luò)道。預(yù)留5 m高的底柱并施工拉底，間隔5～6 m施工漏斗。利用拉底巷道作為自由面，采用YT-28鉆機(jī)施工，孔深控制在2.2～2.5 m，沿礦體走向逐層施工，每層回采控制在2.5～3.0 m；控制各個(gè)漏斗放礦量，每次回采以下部的爆堆作為施工平臺(tái)[2]。回采至上一中段后留5～6 m作為頂柱；最后再施工 3～4個(gè)充填小井，為放礦結(jié)束后用廢石充填空區(qū)做準(zhǔn)備。淺孔留礦采礦法如圖1所示。

圖1 淺孔留礦采礦法

1.2 上盤頂板存在的隱患

隨著淺孔留礦逐層向上回采，上盤頂板暴露面積會(huì)逐漸增大，最大暴露面積可達(dá)到 900～1000 m2。在回采過程中，上盤頂板因爆破振動(dòng)和采空區(qū)導(dǎo)致的應(yīng)力集中而極容易垮塌。其垮塌有兩種情況，一是在回采過程中小面積垮塌，工人在作業(yè)過程中風(fēng)險(xiǎn)增加；二是回采后期整體放礦時(shí)，上盤頂板完全暴露，造成大面積垮塌，且常有大塊垮落，造成二次貧化和漏斗堵塞，對(duì)后期管理帶來不便。

2 上盤頂板加筋預(yù)裂方法

2.1 施工工藝

將礦塊兩端人行天井中部聯(lián)絡(luò)道擴(kuò)大成鉆機(jī)硐室。利用聯(lián)絡(luò)道根據(jù)鉆機(jī)所需硐室規(guī)格向上盤鑿巖施工，直至揭露礦體與上盤圍巖分界面，利用深孔鉆機(jī)沿礦體上盤頂板走向施工中深孔，中深孔按扇形孔布置。中深孔自礦塊兩端向中間施工，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)傾角及長(zhǎng)度施工[3]。

扇形中深孔施工完畢后，將鋼筋及炸藥裝入孔內(nèi)，采用大區(qū)多排微差爆破，一次性將采場(chǎng)上盤頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破，使礦體和上盤圍巖形成分界，并將鋼筋預(yù)埋進(jìn)上盤頂板內(nèi)部（見圖2）。

圖2 加筋預(yù)裂孔布置

2.2 加筋預(yù)裂爆破參數(shù)

加筋預(yù)裂爆破時(shí)，對(duì)炮孔布置、裝藥方法以及鋼筋布置均有一定的要求，具體包括以下6個(gè)方面。

（1）炮孔按照扇形布置，炮孔方位按照礦體上盤頂板傾斜面與炮孔走向投影面的交線布置，以防炮孔穿入礦體，造成后期采礦時(shí)的礦體損失，也防止炮孔距離礦體太遠(yuǎn)，預(yù)埋的鋼筋無法與后期錨桿、條形網(wǎng)形成一個(gè)整體，失去支護(hù)作用。

（2）炮孔深度根據(jù)設(shè)計(jì)達(dá)到礦塊長(zhǎng)度的1/2，即為15～21 m。炮孔遠(yuǎn)端距離不大于2 m。

（3）采用Φ10 mm鋼筋做為預(yù)埋筋，鋼筋長(zhǎng)度和炮孔深度相匹配。

（4）鋼筋上綁好導(dǎo)爆索，采用巖石乳化炸藥，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合連續(xù)裝藥。當(dāng)炮孔深度超過20 m時(shí)，在鋼筋上用捆綁膠帶同時(shí)捆綁2卷炸藥連續(xù)裝藥；在鋼筋10～20 m位置上用捆綁膠帶綁1卷炸藥連續(xù)裝藥；在鋼筋3～10 m位置上用捆綁膠帶綁1卷炸藥間隔裝藥，間隔200～300 mm；孔口3 m不裝炸藥。

（5）在距炮孔孔口最近的一卷炸藥上裝上電子雷管，然后對(duì)孔口進(jìn)行封堵，堵孔深度不小于1 m。

（6）采用大區(qū)微差爆破，爆破后礦體與上盤頂板中間形成一條分界面。

2.3 加筋預(yù)裂法的優(yōu)點(diǎn)

通過加筋預(yù)裂爆破使礦體與上盤頂板中間產(chǎn)生一條連續(xù)裂隙，形成礦體與上盤頂板圍巖的分界面。該分界面在后期回采過程中可以有效阻斷采礦爆破的振動(dòng)傳遞至上盤頂板，從而降低對(duì)上盤頂板的擾動(dòng)破壞。其次，爆破后預(yù)埋的鋼筋會(huì)牢固地固定在分界面上，作為后期礦石回采過程中對(duì)上盤頂板支護(hù)的超前支護(hù)體。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

3.1 施工工藝

以拉底巷道為自由面開始回采礦石，回采過程中，逐分層向上回采。每分層向前推進(jìn)一茬炮，便對(duì)上盤頂板進(jìn)行條形網(wǎng)聯(lián)合錨桿進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)位置距爆破作業(yè)面5～8 m，循環(huán)推進(jìn)，防止支護(hù)被爆破損壞。回采完畢后，條形網(wǎng)+錨桿及上盤鋼筋形成一個(gè)網(wǎng)狀支護(hù)體，對(duì)上盤頂板進(jìn)行支護(hù)。

3.2 回采及支護(hù)參數(shù)

回采過程中利用 YT-28淺孔鉆機(jī)進(jìn)行鑿巖作業(yè)，支護(hù)采用錨桿及條形網(wǎng)聯(lián)合進(jìn)行支護(hù)，具體參數(shù)為：

（1）回采時(shí)，分層高度控制在2.5～3.0 m；

（2）炮孔沿礦體走向水平布置，孔深控制為2.0～2.5 m[4]；

（3）采用樹脂錨桿固定，垂直上盤頂板施工錨桿眼，孔深不低于2.2 m，錨桿間距1.0～1.5 m；

（4）采用條形網(wǎng)輔助錨桿支護(hù)，條形網(wǎng)可采用2根Φ6 mm的圓鋼筋，間距110 mm焊接而成，長(zhǎng)度控制在2.5～3.0 m，利用鋼筋間隔800～1000 mm在條形網(wǎng)中間進(jìn)行焊接，以增加條形網(wǎng)自身強(qiáng)度；

（5）條形網(wǎng)沿上盤頂板傾向布置，排距控制在1.5～2.0 m；

（6）每條條形網(wǎng)上布置2～3根錨桿；

（7）條形網(wǎng)布置時(shí)，與上盤頂板預(yù)留的鋼筋交錯(cuò)布置成網(wǎng)狀；

（8）部分頂板十分破碎，可采用鋼編網(wǎng)代替條形網(wǎng)，以防止頂板圍巖冒落。

3.3 聯(lián)合支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

在淺孔留礦上盤頂板支護(hù)中采用加筋預(yù)裂爆破聯(lián)合錨桿及條形網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，預(yù)埋的長(zhǎng)鋼筋屬于超前支護(hù)體，與回采中的錨桿和條形網(wǎng)互相作用形成立體支護(hù)網(wǎng)，可有效地錨固上盤頂板，防止垮塌。

4 安全技術(shù)指標(biāo)

4.1 安全指標(biāo)

在淺孔留礦上盤頂板支護(hù)中采用加筋預(yù)裂爆破聯(lián)合錨桿及條形網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)后，上盤頂板支護(hù)網(wǎng)度小于2.0 m×2.0 m，其中50%頂板暴露面積＜(0.5×2.0) m2，40%頂板暴露面積＜(1.0×2.0) m2，僅有10%頂板暴露面積為2～4 m2。因此在回采及放礦期間能夠避免上盤頂板發(fā)生超過4 m2的冒頂，上盤頂板2～4 m2大塊冒頂發(fā)生概率僅為以前的5%；上盤頂板1～2 m2大塊冒頂發(fā)生概率僅為以前的10%。局部存在冒落風(fēng)險(xiǎn)的位置可以結(jié)合鋼編網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，上盤頂板整體穩(wěn)定性提高，可以完全防止上盤頂板在回采和放礦期間發(fā)生垮塌。

4.2 技術(shù)指標(biāo)

淺孔留礦法開采的貧化率通常都大于20%，上盤頂板支護(hù)中采用加筋預(yù)裂爆破聯(lián)合錨桿及條形網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)后，上盤塌方極大減少，整體貧化率可以降低到10%以下。

4.3 存在的問題

加筋預(yù)裂爆破聯(lián)合錨桿及條形網(wǎng)支護(hù)上盤頂板的方法其最大難點(diǎn)是加筋預(yù)裂爆破深孔的施工。炮孔方位要嚴(yán)格按照礦體上盤頂板傾斜面與炮孔走向投影面的交線施工。如果炮孔穿入礦體，將造成后期采礦時(shí)礦體損失；如果炮孔距離礦體太遠(yuǎn)，預(yù)埋的鋼筋無法與后期錨桿、條形網(wǎng)形成一個(gè)整體，失去超前支護(hù)的作用。

該方法適用于礦體與上盤頂板構(gòu)造面平整、產(chǎn)狀穩(wěn)定的上盤頂板的支護(hù)。如果構(gòu)造面變化較大，中深孔施工過程中不能夠沿構(gòu)造面施工，會(huì)造成采礦損失貧化率過高。

5 結(jié)論

淺孔留礦上盤頂板加筋預(yù)裂爆破完成后，開始進(jìn)行采場(chǎng)拉底、落礦、分層回采，在回采過程中及時(shí)使用樹脂錨桿、條網(wǎng)或鋼編網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。上盤頂板預(yù)裂爆破中留置的鋼筋和回采過程中的錨桿、條網(wǎng)共同構(gòu)成了立體支護(hù)防護(hù)結(jié)構(gòu)。

在扇形中深孔預(yù)裂爆破后，礦體與上盤頂板之間產(chǎn)生一條連續(xù)裂隙，形成分界面，該分界面在后期回采爆破過程中可阻擋爆破震動(dòng)對(duì)上盤的擾動(dòng)破壞。

這種加筋預(yù)裂聯(lián)合支護(hù)方法可以有效防止淺孔留礦上盤頂板發(fā)生塌方，具有提高淺孔留礦法的安全性、降低貧化率等優(yōu)點(diǎn)，為防止淺孔留礦上盤頂板塌方提供了解決方案。