井下運(yùn)輸巷道及采場(chǎng)支護(hù)措施探討

趙麗桃

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，云南硯山 663101)

0 前言

云南斗南分礦白姑、嘎科兩個(gè)礦區(qū)多年開(kāi)采地下低磷、低硫優(yōu)質(zhì)錳資源，1984年、1987年分別建設(shè)白姑、嘎科3萬(wàn)t/a采礦工程。1996年10月冶金部批準(zhǔn)建設(shè)斗南20萬(wàn)t/a采選工程，于1998年12月建成投產(chǎn)，目前已達(dá)到年采30萬(wàn)t/a的原礦生產(chǎn)能力。伴隨開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)大，采礦標(biāo)高逐漸下降，運(yùn)輸平巷及采場(chǎng)安全管理出現(xiàn)了新情況，生產(chǎn)安全管理采取了積極應(yīng)對(duì)措施，積累了經(jīng)驗(yàn)，為保障礦山生產(chǎn)安全、產(chǎn)量穩(wěn)步提升做出了貢獻(xiàn)。

斗南礦區(qū)位于斗南弧形向斜中部西緣，為一軸向北 50(°)東，北翼地層產(chǎn)狀平緩，南翼陡立(局部倒轉(zhuǎn))的不對(duì)稱(chēng)向斜。白姑礦區(qū)位于斗南向斜北翼東端，單斜構(gòu)造，主要開(kāi)采V8礦體。礦體傾角為7(°)～45(°)，平均 25(°)，礦厚 0.3～2.98 m，平均1.23 m。嘎科礦區(qū)位于斗南向斜南段，為北翼產(chǎn)狀平緩、南翼陡立的不對(duì)稱(chēng)向斜；主要開(kāi)采V1礦體，其中北翼為緩傾斜產(chǎn)出，平均礦厚1.43 m，南翼為急傾斜產(chǎn)出，礦體傾角為 35(°)～85(°)，平均 65(°)，礦厚為0.5～2.0 m，平均礦厚為0.98 m。

地下采礦活動(dòng)破壞巖體原有的完整性和降低了原有的力學(xué)強(qiáng)度，伴隨時(shí)間的推移，開(kāi)拓、采礦爆破震動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造、巖石自重應(yīng)力和巖石風(fēng)化等作用[1]，使得工人井下采礦作業(yè)的安全系數(shù)降低，因此，顯現(xiàn)支護(hù)工作的重要。本文根據(jù)云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司斗南分礦區(qū)井下安全管理工作多年積累的經(jīng)驗(yàn)，介紹了井下運(yùn)輸巷道及采場(chǎng)支護(hù)的措施，對(duì)我國(guó)錳礦山運(yùn)輸巷道及采場(chǎng)支護(hù)工作有一定的意義。

1 礦區(qū)開(kāi)采簡(jiǎn)介

隨著采礦中段繼續(xù)延伸，兩礦區(qū)已在建設(shè)深部開(kāi)采的重要設(shè)施工程。中段運(yùn)輸平巷由沿礦脈走向脈內(nèi)開(kāi)拓轉(zhuǎn)為沿礦脈走向脈外底板開(kāi)拓。

白姑礦段主斜井開(kāi)拓方式為：沿礦石底板側(cè)翼開(kāi)拓〔坡度20(°)〕，用于提升礦石。副斜井開(kāi)拓方式為：沿礦石底板中間開(kāi)拓〔坡度25(°)〕，主要用于人行、材料運(yùn)輸?，F(xiàn)已建成機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，在礦體兩翼開(kāi)拓脈外通風(fēng)井形成抽出式通風(fēng)系統(tǒng)；建成梯級(jí)排水系統(tǒng)，井下涌水及生產(chǎn)用水從副斜井排出。

嘎科礦段主、副井開(kāi)拓方式為：沿礦石底板中間開(kāi)拓〔坡度 20(°)〕，服務(wù)礦區(qū)南、北翼人行、材料運(yùn)輸、礦石提升。北翼建成機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，各中段在運(yùn)輸平巷最西端開(kāi)掘脈外永久通風(fēng)井，以該通風(fēng)井掘通為標(biāo)志，界定是否進(jìn)入機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，以改善工人作業(yè)環(huán)境。嘎科礦區(qū)1 620 m標(biāo)高以上各中段排水采用自流排水方式，以下各中段建成梯級(jí)排水系統(tǒng)。

2 礦巖穩(wěn)固性分析

通過(guò)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造分析，巷道開(kāi)拓、礦石開(kāi)采多年來(lái)的總結(jié)，得出影響圍巖穩(wěn)固有以下因素。

2.1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度可歸于中等，其中：嘎科礦段褶皺較強(qiáng)烈，斷層也較發(fā)育，屬中等偏復(fù)雜；白姑礦段為一單斜構(gòu)造，褶皺不太發(fā)育，斷層比較稀少，屬中等偏簡(jiǎn)單。

1)礦層及圍巖工程地質(zhì)特征。錳礦層主要為致密塊狀和條帶狀灰質(zhì)氧化錳礦組成，質(zhì)堅(jiān)性脆，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多由次生方解石脈充填。礦層頂?shù)装鍘r性為粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，泥巖類(lèi)和碎屑角礫灰?guī)r，含錳灰?guī)r等組成(如表1所示)。

表1 斗南錳礦區(qū)礦巖強(qiáng)度分類(lèi)

從表1可看出，礦區(qū)各巖石強(qiáng)度分類(lèi)，由此判斷巖層穩(wěn)固情況。

2)由于構(gòu)造影響，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，破壞了巖體的完整性和降低了巖體的力學(xué)強(qiáng)度，斷裂不僅將礦體破壞錯(cuò)開(kāi)，更嚴(yán)重的是斷層破碎帶巖質(zhì)松軟，巷道通過(guò)時(shí)出現(xiàn)冒頂事故，施工難度加大。

綜上所述，本礦區(qū)在相當(dāng)軟的泥質(zhì)巖石及其斷裂破碎帶均為巷道開(kāi)拓、采礦過(guò)程中不利工程地質(zhì)因素。

2.2 主要斷層對(duì)礦體的破壞情況

白姑礦區(qū)：F3地表長(zhǎng)度1 920 m，傾向南西，傾角83(°)，切割層位從鳥(niǎo)格組直到個(gè)舊組，將白姑礦段橫切為東西兩段，對(duì)礦層有較大破壞。

嘎科礦區(qū)：F10斷層對(duì)礦體有較大破壞，常使向斜軸部礦體缺失或使其支離破碎。F12斷層斷距一般為24 m，最大33 m。破裂帶角礫巖性質(zhì)與 F13近似。F13是嘎科礦段規(guī)模最大的斷層。破裂帶寬度0.48～4.87 m，平均為2.34 m。斷層角礫巖分明，大小不等，結(jié)構(gòu)疏松。F16與F18大致平行，平均斷距27 m，破裂帶較寬，最大達(dá)23.2 m。F17斷層對(duì)礦層有破壞作用，尤其在向斜軸部及南翼地段與其他兩組斷層交割處，是構(gòu)造很復(fù)雜的部位。F18斷層斷距一般24 m，最大達(dá)93 m，破碎帶寬達(dá)0.2～3.52 m，由斷層角礫巖及糜棱巖組成，角礫棱角分明，結(jié)構(gòu)松散。巷道掘進(jìn)時(shí)遇到該斷層破裂帶時(shí)極易坍塌。F29斷層位于向斜南翼，常使礦層重復(fù)出現(xiàn)。

3 采礦方法

根據(jù)冶金部馬鞍山礦山研究院所做《斗南錳礦區(qū)采礦方法與地壓活動(dòng)規(guī)律的研究》和《斗南錳礦緩傾斜多層礦體開(kāi)采方法工藝的研究》的研究成果，冶金部長(zhǎng)沙冶金設(shè)計(jì)院(現(xiàn)中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司)斗南錳礦年產(chǎn)20萬(wàn)t初步設(shè)計(jì)，結(jié)合礦山實(shí)際，采礦方法如下：白姑礦段及嘎科北翼緩傾斜礦體，根據(jù)頂板穩(wěn)固情況、礦石厚度分別采用桿柱(破頂、底)房柱采礦法(使用比較多)、普通房柱采礦法；嘎科礦段南翼急傾斜礦體，根據(jù)頂板穩(wěn)固情況分別采用中深孔(孔深3.5～5 m)留礦采礦法[2]、下向分層法，其中圍巖穩(wěn)固或中等穩(wěn)固的礦段采用中深孔留礦法，圍巖不穩(wěn)固或極不穩(wěn)固礦段采用下向分層采礦法。

4 運(yùn)輸平巷安全管理

斗南礦區(qū)30萬(wàn)t/a采礦規(guī)模進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)期，公司對(duì)安全工作非常重視，投入人力、物力不斷加大，礦山安全工作逐步走向規(guī)范，爭(zhēng)對(duì)不同地質(zhì)構(gòu)造影響巷道穩(wěn)固的情況，采取有效的支護(hù)措施，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

4.1 巷道支護(hù)簡(jiǎn)介及塌方

4.1.1 選用合理的支護(hù)方式

1)近幾年巷道施工情況。白姑礦區(qū)影響運(yùn)輸巷道穩(wěn)固的大斷層是F3；嘎科礦區(qū)南翼影響運(yùn)輸巷道穩(wěn)固的大斷層是 F16、F17、F18及 F29；嘎科礦區(qū)北翼影響運(yùn)輸巷道穩(wěn)固的大斷層是 F10、F12、F13。對(duì)不穩(wěn)固巖層根據(jù)其服務(wù)年限選用合理的支護(hù)方式，以達(dá)到既經(jīng)濟(jì)合理，又保障安全的效果。

2)澆灌支護(hù)(支護(hù)厚度不小于300 mm)、噴錨網(wǎng)支護(hù)。為阻隔巖石與空氣接觸，減弱風(fēng)化作用，白姑礦區(qū)運(yùn)輸平巷采取整體噴混凝土支護(hù)的方法。

嘎科礦區(qū)南翼 F16、F17、F18影響運(yùn)輸巷道巖石穩(wěn)固，開(kāi)掘S-V中段運(yùn)輸平巷時(shí)斷層處塌方，巷道改向掘進(jìn)未能成功，后經(jīng)改進(jìn)支護(hù)方式，成功通過(guò)斷層。S-V I中段運(yùn)輸平巷同樣遇到上述斷層，借鑒S-V中段成功經(jīng)驗(yàn)，巷道通過(guò)斷層破碎帶。

4.1.2 塌方原因分析

1)斷層破碎帶巖石為斷層泥夾粉砂巖顆粒，穩(wěn)定性極差；

2)施工時(shí)間在雨季，地表雨水滲透浸入，更是加劇巖石不穩(wěn)定性；

3)選用支護(hù)方法不科學(xué)合理。采用木箱支護(hù)、皮材護(hù)(邦)頂?shù)姆椒?，架箱距塌方巷道迎頭最近的有1～2 m，工作人員站在塌方巖石形成的坡腳操作，距離過(guò)遠(yuǎn)，除止不了來(lái)自墻和拱3個(gè)方向的塌方。

4)施工組織不當(dāng)，對(duì)塌方原因沒(méi)有認(rèn)真分析。

4.2 支護(hù)方案改進(jìn)及效果

1)由于沒(méi)能有效遏制塌方，工區(qū)管理人員與施工人員舉行現(xiàn)場(chǎng)分析會(huì)，討論有效支護(hù)巷道、能使掘進(jìn)工作順利推進(jìn)的方法，最后討論結(jié)果是采用“超前支護(hù)的方法”。首先創(chuàng)造人員操作的安全位置，把木箱支護(hù)換成鐵箱支護(hù)，箱與箱之間的距離不大于0.8 m；其次在墻和拱3個(gè)方向以超出最前面一加鐵箱3 m長(zhǎng)的范圍用鋼管(φ25～40 mm)護(hù)頂(邦)；要求技術(shù)員畫(huà)出設(shè)計(jì)圖(如圖1所示)，做技術(shù)交底，讓每位參戰(zhàn)人員了解施工意圖，精心組織施工。

從圖1可看出，巷道超前支護(hù)起到創(chuàng)造工作面安全作業(yè)環(huán)境，可有效保證施工人員順利施工。

2)巷道迎頭最近一架箱與后面箱的空隙處以15(°)～20(°)的角度打眼，眼深以超出迎頭 1 m 以上為宜，在眼內(nèi)置入鋼管護(hù)頂(邦)，達(dá)到了分散巖石應(yīng)力的效果，使得作業(yè)空間相對(duì)安全，有效遏制住塌方，巷道得以繼續(xù)掘進(jìn)。

圖1 超前桿支護(hù)

3)該支護(hù)方案既方便、價(jià)格便宜，又操作簡(jiǎn)單。該方法在斗南礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)中起到了很好的安全保障作用，對(duì)于服務(wù)年限短而斷層破碎帶大的巷道，采用以上方法，已成功解決多處巷道掘進(jìn)支護(hù)難題，已在礦區(qū)推廣。

5 采場(chǎng)頂板安全管理

地下采礦活動(dòng)改變了巖體原有的完整性，降低了原有的力學(xué)強(qiáng)度。為充分利用地下錳資源，采取科學(xué)合理的方法采出礦石，針對(duì)斗南礦區(qū)緩傾斜、急傾斜科出的礦體，冶金部礦山研究院做了采礦方法試驗(yàn)與采場(chǎng)地壓顯現(xiàn)的試驗(yàn)(如表2所示)。

表2 試驗(yàn)采場(chǎng)地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)參數(shù)

5.1 采礦方法存在問(wèn)題

1)緩傾斜礦體往深部延伸，傾角逐漸加大，已由試驗(yàn)時(shí)的角度平均上升了3(°)～7(°)，采礦方法需要改進(jìn)；

“中國(guó)古代風(fēng)俗畫(huà)的描繪對(duì)象常常是以人為中心的社會(huì)風(fēng)俗，應(yīng)該非常清楚，中國(guó)古代的風(fēng)俗人物畫(huà)是依托在各種功利性需求上而產(chǎn)生的?！盵2]如果必須要找到一些早期原始的風(fēng)俗畫(huà)作為其源頭進(jìn)行討論的話，則應(yīng)上溯到石器時(shí)代。那些刻在巖石上的線條和彩繪在陶器上的圖案，雖然遠(yuǎn)古先民受原始的生活環(huán)境與創(chuàng)作條件的限制，但是他們?nèi)允强梢杂萌绱撕?jiǎn)單的筆觸勾勒出那時(shí)的場(chǎng)景，即使他們創(chuàng)作的目的并非是欣賞藝術(shù)之美。遠(yuǎn)古先民僅僅是為了生存而進(jìn)行創(chuàng)作，他們的創(chuàng)作意識(shí)是單一而獨(dú)特的，這種生存包括巫術(shù)形式、紀(jì)念、祝禱等。很明顯，即使這一時(shí)期的繪畫(huà)只是當(dāng)時(shí)社會(huì)生活的單純表現(xiàn)，但其寫(xiě)實(shí)性卻非常值得人們關(guān)注。

2)礦體傾角上升，爆破后成塊礦石隨自重容易滾落，對(duì)工作面操作人員安全造成威脅；

3)礦房中每個(gè)回采步距(8～10 m)需留礦住支撐臺(tái)棚以擋住空區(qū)垮落的巖塊，造成資源損失；

4)隨著中段高度下降，傾角變陡，步距結(jié)束所做臺(tái)棚受巖塊沖擊力加大，臺(tái)棚易倒、易斷，起不到防護(hù)作用，而且出現(xiàn)幾次巖塊沖斷事故，給后續(xù)處理工作帶來(lái)麻煩；

5)回采工作面爆破后，頂板暴露瞬時(shí)失去支撐而產(chǎn)生變形下沉，每個(gè)步距最后一排炮臺(tái)采下的部分礦石由于頂板來(lái)壓，回收利用不完全；

6)回采工藝中鑿巖爆破后木頂柱支撐大多被沖擊波吹倒，礦石運(yùn)輸(電耙搬運(yùn))作業(yè)人員處于安全系數(shù)低的環(huán)境中。

5.2 原因分析和應(yīng)對(duì)措施

1)原因分析

回采工藝：鑿巖爆破→采場(chǎng)通風(fēng)→浮石清理→礦石運(yùn)搬→頂板支護(hù)。

分析生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，造成資源損失和人身傷害的直接原因是礦石頂板來(lái)壓，鑿巖、爆破、清理浮石、支護(hù)均需要暴露在部分采空區(qū)頂板之下作業(yè)，且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15 h/d。

針對(duì)以上問(wèn)題，斗南公司與中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院合作，做出采場(chǎng)頂板控制與爆破優(yōu)化技術(shù)研究，并得出總結(jié)報(bào)告。

斗南公司采納了報(bào)告中提出的推廣非電起爆網(wǎng)絡(luò)建議，工作面全部用上磁電雷管，改善了爆破質(zhì)量，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，公司開(kāi)展QC活動(dòng)，專(zhuān)對(duì)該生產(chǎn)問(wèn)題展開(kāi)公關(guān)，并取得實(shí)質(zhì)性的成果。

活動(dòng)開(kāi)展簡(jiǎn)介

2008年4月，按照QC活動(dòng)開(kāi)展程序，嘎科工區(qū)以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、降低采礦風(fēng)險(xiǎn)、提高資源回收利用、降低采礦成本為課題進(jìn)行了登記，并開(kāi)展活動(dòng)。通過(guò)對(duì)斗南礦區(qū)礦體賦存條件進(jìn)行分析和研究，借助以往爆破攻關(guān)獲得經(jīng)驗(yàn)，提出采用中孔爆破替代淺孔爆破的方案。

通過(guò)對(duì)采礦方法、落礦方式改進(jìn)，獲得收益有：a縮短了步距作業(yè)周期，提高了回采率；b操作人員均在切割拉底內(nèi)完成所有工作，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全性；c、預(yù)留礦柱垮落后可由電耙收回利用，提高了資源利用率。

6 總結(jié)

通過(guò)有效管理，采礦生產(chǎn)作業(yè)的各項(xiàng)工作得到有序開(kāi)展，事實(shí)再次證明：通過(guò)技術(shù)改造，生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題迎刃而解，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益，為公司發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。總結(jié)兩項(xiàng)問(wèn)題的解決辦法，成功經(jīng)驗(yàn)主要有以下幾點(diǎn)：

1)管理人員在事件中組織協(xié)調(diào)作用顯現(xiàn)。管理者對(duì)施工隊(duì)、工程技術(shù)人員、機(jī)械修理加工人員在各種事件中有效協(xié)調(diào)、調(diào)動(dòng)，發(fā)揮各自才能。

2)工程技術(shù)員精心設(shè)計(jì)，為完成工程任務(wù)奠定良好基礎(chǔ)。

3)安全工作無(wú)小事。發(fā)生冒頂事故時(shí)，冷靜分析造成工作困難、難以推進(jìn)的原因，總結(jié)不足之處并及時(shí)改進(jìn)。

4)采礦生產(chǎn)中怎樣提高資源回收利用率、提高作業(yè)人員安全，一直以來(lái)是公司著重解決的，隨著采礦中段向深部延伸，開(kāi)拓方式的改變，按照安全標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)生產(chǎn)，將來(lái)會(huì)遇到新問(wèn)題，本著務(wù)實(shí)的態(tài)度，積極采用新方法、新技術(shù)解決問(wèn)題。

5)在以后的工作中，強(qiáng)化安全工作精細(xì)化管理，重點(diǎn)落實(shí)各項(xiàng)管理規(guī)章制度的落實(shí)上來(lái)，為公司的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]郭金峰.斗南錳礦采礦方法與地壓法動(dòng)規(guī)律的研究[R].冶金部馬鞍山礦山研究，云南文山斗南錳礦，1993，15-19.

[2]采場(chǎng)頂板控制與爆破優(yōu)化技術(shù)研究[R].中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院，云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，2007，32-36.