云南白顯錳礦蘆寨礦段房柱法點柱布置及采空區(qū)管理

史偉屏

(云南建水錳礦有限責(zé)任公司，云南 建水 654308)

0 前言

云南省建水縣錳業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡稱為:公司)蘆寨礦段地處建水縣南部，東鄰個舊市，南臨元陽縣，隸屬于云南紅河哈尼族彝族自治州建水縣坡頭鄉(xiāng)白顯村。蘆寨礦段是云南省建水縣白顯錳礦的3個礦段(平臺、蘆寨、清甘)中的1個礦段。

由于多方面原因，開采初期礦區(qū)范圍內(nèi)有多家業(yè)主開采，沒有正規(guī)設(shè)計，且亂采濫挖，各自為政，采富棄貧，露采、坑采一起上，對礦區(qū)資源綜合回收利用率十分不利。近年來，隨著國家對礦山行業(yè)的規(guī)范整頓，礦區(qū)開采逐步走上正軌。為理順蘆寨礦段開采關(guān)系，確保礦山安全生產(chǎn)，公司于2010年委托設(shè)計單位編制了《云南省建水縣錳業(yè)有限責(zé)任公司白顯礦區(qū)蘆寨礦段Ⅴ1礦體1 100～900 m中段開采工程初步設(shè)計》，對礦段的開采進(jìn)行規(guī)范。在充分尊重客觀事實前提下，對礦山開采進(jìn)行設(shè)計，以指導(dǎo)礦區(qū)規(guī)范化開采與安全生產(chǎn)。

1 設(shè)計采礦方法

1.1 開采技術(shù)條件

蘆寨礦段Ⅴ1礦體走向近東西—西北，長約1 300 m，呈層狀產(chǎn)出，傾向南西與坡向一致，傾角30(°)～60(°)，埋藏較淺。頂板為中至薄層灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r，抗壓強度 74.53 ～179.06 MPa，屬穩(wěn)固巖層。直接底板為厚層狀灰質(zhì)白云巖，抗壓強度59.13 ～ 169.95 MPa，亦屬穩(wěn)固巖層。礦體厚 1.14～2.63 m，平均1.98 m。礦層傾角30(°)～60(°)，平均約48(°)，抗壓強度 37.76 ～44.03 MPa。礦石松散系數(shù) 1.21 ～1.69，安息角 38.5(°)。礦石密度2.43 kg/m3，圍巖密度 2.6 ～2.9 kg/m3。

1.2 采礦方法

礦段范圍內(nèi)礦體較薄且變化較平穩(wěn)，礦體傾角變化較大，從緩傾斜到急傾斜都存在。依據(jù)礦體傾角不同，采用3種采礦方法，即緩傾斜礦體采用分段礦房采礦法、傾斜礦體采用電耙出礦淺孔留礦全面法、急傾斜礦體采用普通淺孔留礦法等。

針對緩傾斜礦體設(shè)計采用分段礦房采礦法，結(jié)合該礦生產(chǎn)實踐，對未詳細(xì)設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

1.3 采礦要素及采切工程布置

礦塊沿走向長50 m，斜長99 m，階段高50 m，中間設(shè)置副中段。沿傾向劃分4個分段(含副中段，掘進(jìn)分段平巷)，沿走向每25 m開鑿耙礦上山(礦塊邊界為人行通風(fēng)上山)，將礦塊分成8個回采單元，每個單元即為1個礦房。

上、下階段(中段)之間一般留有3 m厚的連續(xù)底柱(或規(guī)則點柱)，礦塊之間一般不留或留有少量規(guī)則點柱。當(dāng)連續(xù)2～3個礦塊成一體時，邊界留2～3 m的連續(xù)礦柱(或條形間柱)。礦房之間一般不留或留少量點柱。

階段平巷沿礦體下盤走向布置，距礦體水平距離約12 m。向下部(分段切割)平巷掘漏斗溜子與耙運上山下口相接，擔(dān)負(fù)下中段礦石出口任務(wù)。副中段的耙礦上山下口，用放礦溜井與階段水平的裝車平巷(或穿脈)連接，階段運輸平巷作為上中段礦石出口。

在每個礦塊邊界附近掘進(jìn)1條人行通風(fēng)聯(lián)絡(luò)道與邊界的人行通風(fēng)上山相通，見圖1。

圖1 分段礦房采礦法礦塊布置

2 回采礦房點柱留設(shè)

礦山地質(zhì)條件較為復(fù)雜，斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育。如果采空區(qū)頂板暴露面積大、時間長，易發(fā)生冒頂片幫事故。因此，為保證作業(yè)人員及生產(chǎn)設(shè)備安全，必須采取有效防范措施預(yù)防控制冒頂片幫事故發(fā)生。

設(shè)計中，礦房內(nèi)回采單元的尺寸為25 m×24.5 m，頂板暴露面積達(dá)612.5 m2，而采礦方法設(shè)計中，礦房(塊)之間一般不留或留少量點柱，不給出點柱的布置與具體尺寸。在實際生產(chǎn)過程中，為防止因頂板暴露面積大、時間長而發(fā)生冒頂片幫事故，應(yīng)考慮在礦房中留設(shè)礦柱，合理布置礦柱可以對頂板起有效支撐的作用。

2.1 點柱布置

在回采單元中預(yù)留3 m直徑點柱，點柱間距為6.5 m，平面布置見圖 2［1－3］。

圖2 回采單元點柱平面布置

2.2 點柱尺寸驗算

礦段內(nèi)礦層抗壓強度為 37.76～44.03 MPa。礦層頂板為中至薄層灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r，抗壓強度74.53 ～179.06 MPa。以37.76 ～44.03 MPa飽和抗壓強度驗算預(yù)留礦柱直徑。

預(yù)留礦柱直徑為3.0 m，間距6.5 m，采用靜壓法進(jìn)行承載力驗算:

式中 σ——單根礦柱承載力，MPa;

S——礦柱間采空區(qū)面積，m2;

H——礦層埋深，取最大值480 m;

ρ——圍巖密度，kg/m3;

S'——預(yù)留礦柱面積，m2。

安全系數(shù)取1.3，從計算結(jié)果可以看出，采用靜壓法計算的單根礦柱承載力為37.76 MPa，小于礦層抗壓強度37.76～44.03 MPa。因此，所留礦柱能承受上覆地層靜壓力。

3 采空區(qū)安全技術(shù)對策

經(jīng)過多年無序開采，白顯錳礦蘆寨礦段上部已經(jīng)形成了一定規(guī)模采空區(qū)。雖然本次設(shè)計中留有保安礦柱，但隨著下部采空區(qū)暴露面積的增大，在上覆巖層的荷載下，撓度開始增加，產(chǎn)生拉應(yīng)力集中。當(dāng)加載的拉應(yīng)力超過巖石自身強度后，頂板易發(fā)生斷裂垮塌，從而引發(fā)事故［4］。因此，為防止災(zāi)害性事故發(fā)生，應(yīng)該制定1套行之有效的空區(qū)處理措施來保證安全生產(chǎn)。具體措施有如下幾點。

1)為防止采空區(qū)塌落時沖擊波對其它生產(chǎn)場所的影響，對部分采空區(qū)入口以及連通巷道的適當(dāng)位置，可采取封堵措施進(jìn)行空區(qū)處理，保證下部采礦活動安全進(jìn)行。對通往采空區(qū)巷道及廢棄巷道采用厚度為2 m(破碎地段封堵厚度不少于4 m)的漿砌石墻進(jìn)行密閉，且密閉墻深入巷道四壁巖體不少于0.5 m，并預(yù)留排水孔出口，以減少空區(qū)積水、防止作業(yè)人員誤入與風(fēng)流短路。對于礦界外其它礦區(qū)延伸至本礦區(qū)的采掘巷道，采取鋼筋混凝土封堵，封堵厚度不少于1 m，強度不低于C25，密閉不留孔隙;密閉墻必須深入巷道四壁至少0.5 m。

2)嚴(yán)格采用所選淺孔留礦法和房柱法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，留足和維護好足夠尺寸的頂柱、間柱與點柱，堅持合理的開采順序。

3)根據(jù)井巷和采場所處的圍巖條件穩(wěn)固程度，對井巷與頂柱采取錨桿支護等措施，特別是采空區(qū)跨度＞10 m后的頂柱，不僅采用錨桿加固，還需在其下部應(yīng)留足對其的支撐柱。

4)建立采場低壓監(jiān)測觀測點，隨時掌握采場低壓變化情況。

5)加強人員現(xiàn)場巡視，及時了解采空區(qū)的安全狀態(tài)。

6)加強頂?shù)装骞芾?，做好浮石的檢查和處理工作，及時撬毛。

7)建立安全技術(shù)操作規(guī)程和作業(yè)制度，加強安全技術(shù)培訓(xùn)，提高職工的技術(shù)素質(zhì)。

4 結(jié)語

1)在開采設(shè)計階段或生產(chǎn)初期確定一個經(jīng)濟、有效、合理的礦柱留設(shè)方案至關(guān)重要，有利于后續(xù)采空區(qū)處理。

2)在礦柱尺寸驗算中，靜壓法全面考慮了采空區(qū)面積、礦層埋深等因素，是判斷礦柱是否滿足安全要求的簡潔有效的方法。

3)由于各類采空區(qū)處理方法有其適用條件，因此應(yīng)在對具體礦山采空區(qū)安全論證的基礎(chǔ)上，有針對性的對采空區(qū)提出處理措施。

［1］采礦手冊編委.采礦工程設(shè)計手冊(上冊)［M］.北京:煤炭出版社，1986:993－1148.

［2］采礦手冊編委.采礦設(shè)計手冊(礦床開采下卷)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1990:1127－1137.

［3］解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1989:65－70.

［4］羅毅莎，姚振鞏.采空區(qū)安全處理的對策措施研究［J］.采礦技術(shù)，2010，10(4):65 －67.