人工柱錨桿房柱法采場地壓控制監(jiān)測

楊壽江

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶　671500)

人工柱錨桿房柱法采場地壓控制監(jiān)測

楊壽江

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司，云南 鶴慶671500)

摘要：根據(jù)采場、巷道地壓的監(jiān)測，可以研究圍巖的地壓活動規(guī)律，為巷道的維護，采場作業(yè)安全，采空區(qū)的放頂安全管理等工作提供可靠的依據(jù)。介紹了云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司小天井礦區(qū)人工柱錨桿房柱法采場安全監(jiān)測與控制措施。

關(guān)鍵詞：采掘；地壓；監(jiān)測

房柱法采礦中，礦房回采安全取決于礦房在回采過程中對頂板的管理情況，整個采區(qū)的安全取決于采區(qū)的地壓活動規(guī)律。因此在采礦過程中，采取錨桿網(wǎng)護頂，現(xiàn)場人工柱受壓系統(tǒng)觀測，地表沉降觀測等地壓控制監(jiān)測工作。

系統(tǒng)地研究認識采區(qū)的地壓活動規(guī)律，從而指導(dǎo)礦體回采，巷道的維護，采空區(qū)的放頂安全管理[1]，為礦山安全生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1人工柱錨桿房柱法簡介

小天井礦床屬淺海沉積礦床，礦體呈層狀產(chǎn)出，礦體東緩西陡，東部傾角23(°)~34(°)，西部傾角55(°)~65(°)。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、褶皺發(fā)育，礦巖界線明顯。礦體頂板巖層為硅鈣質(zhì)薄層灰?guī)r，底板為鈣質(zhì)灰?guī)r和粉砂質(zhì)泥巖[2]。人工柱錨桿房柱采礦法是回采緩傾斜中厚礦體的主要方法，目前在云南省鶴慶錳業(yè)有限責(zé)任公司小天井礦區(qū)約占礦山總采出礦量的40%。

1.1　采場布置與結(jié)構(gòu)參數(shù)

采場布置如圖1所示，中段運輸平巷在下盤脈外，每1個礦房布置1個放礦漏斗，一般布置于礦柱與礦房相交部位，作為切割上山和礦房落礦的共同出礦口，漏斗口的中心距一般為8~9 m。切割上山應(yīng)和上中段貫通，作為人行、通風(fēng)、材料運輸使用。

采場結(jié)構(gòu)參數(shù)：礦體傾角在20(°)~40(°)之間，礦房凈跨度6~8 m，礦房斜長30~60 m，垂高(上下中段高差)20 m。

1 安全出口；2 上中段巷道；3 礦房礦體； 4 人工柱；5 下中段巷道；6 溜子口； 7 錨桿

圖1人工柱錨桿房柱法布置

1.2　人工柱及回采工藝

人工柱是用片石(石灰?guī)r)在采場砌筑的巖石柱，在緩傾斜中厚礦體礦房回采前砌筑人工柱來代替礦石柱。人工柱砌筑于礦房兩側(cè)，以支撐頂板壓力，其布置隨礦體傾角的大小而不同，當(dāng)傾角<30(°)時，采用間隔式布置，傾角>35(°)時可采用連續(xù)式布置[3]。人工柱的高度根據(jù)礦體厚度而定，有時可達6~7 m，一般約為4 m。

回采工藝：首先在礦房兩側(cè)掘進切割上山，上山貫通上中段后砌筑人工柱，之后回采礦房，及時在頂板上安裝錨桿金屬網(wǎng)護頂。當(dāng)回采至第3個礦房時崩落第1個采空礦房，進行放頂。

2人工柱壓力觀測系統(tǒng)

2.1　壓力枕平面布置

為了探索人工柱承壓性，在監(jiān)測中采用液壓壓力枕為傳感元件的人工柱受壓觀測系統(tǒng)。壓力枕具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、觀測方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。布置壓力枕的采場為小天井礦區(qū)2490中段和2510中段，8號至9號勘探之間的5815、5814、5813、5812和5811共5個礦房，6條人工柱。在人工柱上使用了10只壓力枕，壓力枕最大量程為16 MPa。由于采場人工柱受壓一般為中下部較大，故壓力枕大部分埋設(shè)在礦柱中下部位置。壓力枕枕面盡量呈水平放置。采場回采順序從5815礦房起，由南往北推進。如圖2。

2.2　壓力枕安裝

壓力枕監(jiān)測數(shù)據(jù)為頂板與人工柱的接觸壓力，故安裝位置應(yīng)盡量靠人工柱上部與頂板之間。同時為保護壓力枕并使其與人工柱呈面接觸，需加工厚度為6 mm的鋼質(zhì)夾板。為防止回采時下落礦石破壞壓力表，將傳感壓力管及壓力表埋在預(yù)留的溝槽內(nèi)，如圖3。

3采場地壓觀測及顯現(xiàn)規(guī)律

3.1　壓力監(jiān)測

在安裝完壓力枕之后，為了觀測礦房采礦過程中采場各部位的壓力變化，采用相同頻率觀測。壓力枕安裝2 d之后觀測1次，人工柱承受地壓以后每3 d觀測1次，并進行數(shù)據(jù)記錄。在布置安裝的10個壓力枕中，其中66號受損沒有數(shù)據(jù)記錄，60、61、65號記錄沒有規(guī)律，故未作為分析依據(jù)。在2011年4-9月間，對人工柱上的62、63、64、67、68、69號壓力枕在同一時間段進行觀測，取得了6個壓力枕60 d的觀測數(shù)據(jù)。

3.2　壓力顯現(xiàn)規(guī)律

礦房回采之前，各壓力表沒有數(shù)據(jù)顯示，表明沒有壓力產(chǎn)生。4月15日開始回采第1個5815礦房，4月23日67號壓力枕已有壓力數(shù)據(jù)顯示，表明人工柱開始承受地壓。根據(jù)各個壓力枕觀測的壓力數(shù)據(jù)繪制成“壓力—時間”曲線圖，從曲線圖上可直觀地看到，在礦房回采過程中各個觀測點地壓的變化情況，以此分析地壓顯現(xiàn)規(guī)律。

3.2.1回采初期人工柱壓力變化

觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，5815礦房和5814礦房之間的67號壓力枕受壓變化“壓力—時間(P-t)”曲線見圖4。

由圖4可以看出，僅1個礦房回采時人工柱壓力相對較弱，5815礦房在4月23日切頂結(jié)束后，壓力才逐漸顯出。這表明只有當(dāng)人工柱兩側(cè)臨空后，人工柱才開始承受壓力。從變化趨勢看，回采期間壓力上升緩慢，當(dāng)采場上部垮頂時壓力才迅速上升。在上升趨勢中5月14日壓力突然下降，然后又恢復(fù)上升趨勢。

3.2.2形成多個采空區(qū)時人工柱壓力變化

5814礦房和5813礦房之間的63、68號壓力枕受壓變化“壓力—時間”曲線見圖5～6。

5813礦房5月26日開始切頂，壓力枕顯示讀數(shù)，表明由5813礦房有礦體支承的壓力轉(zhuǎn)移到人工柱上。6月6日，5815礦房、5814礦房中上部自然冒落，表明采場垮頂前必然有一壓力上升過程，垮頂之后壓力釋放；空區(qū)垮落后，應(yīng)力拱移動應(yīng)力升降區(qū)也隨之變化，鄰近冒落區(qū)采場處于應(yīng)力降低區(qū)，即采場在免壓拱下回采安全系數(shù)在提高。

3.2.3相鄰采場回采時人工柱壓力變化

5811礦房至5813礦房之間的62、64、69號壓力枕受壓變化“壓力—時間(P-t)”曲線見圖7～9。

5814、5815礦房垮落，5813礦房空場形成，5811

礦房未動，5812礦房回采條件下以及5814礦房、5812礦房自然冒落情況下，62、64、69號壓力枕受壓變化?，F(xiàn)場5815、5814礦房自然冒落部位在中上部，因此當(dāng)5812礦房切頂初期采場下部在走向方向空區(qū)暴露范圍為5814、5813礦房兩個空場。5813礦房回采時，5815、5814礦房已是2個空區(qū)，他們并未維持到5813礦房回采結(jié)束就提前冒落，表明此條件下的極限跨距為25～30 m左右。自然冒落使5813礦房在應(yīng)力降低區(qū)下回采是安全的。5812礦房回采時曾出現(xiàn)5814礦房下部及5813礦房自然冒落，但5812礦房應(yīng)力并未降低，只是短暫的下降之后又繼續(xù)回升并超過原來的數(shù)值。這一現(xiàn)象揭示了兩個問題：該處雖然冒落，但不充分；回采的采場附近不允許有沿走向較大的空區(qū)存在。結(jié)合5813礦房回采時得出的走向極限跨度，為保證回采安全，必須對附近的空區(qū)走向長度加以限制，即當(dāng)出現(xiàn)兩個空場時，在回采第3個礦房時，必須放掉第1個采場。即實行“采二放一”。

以上對壓力觀測數(shù)據(jù)的分析，基本揭示了礦房回采過程中采區(qū)地壓活動規(guī)律，對采掘施工安全有著指導(dǎo)作用。另外，實際觀察人工柱與礦石柱承壓，直觀觀測是人工柱承壓弱于礦石柱，但承壓時間相對較長。

4結(jié)論

1) 人工柱承壓能力低于礦石柱的承壓能力，但人工柱具有良好的讓壓特性。

2) 礦厚4~6 m，傾角20(°)~40(°)，人工片石柱，礦房跨度6~8 m條件下，采用“采二放一”的方法能夠保證礦房回采的安全。

3) 壓力枕對于采場壓力顯現(xiàn)具有直觀、適時和方便的特點，并能預(yù)報大的壓力。適合于人工柱錨桿房柱法采礦過程中采場的地壓監(jiān)測與安全管理，是可以推廣應(yīng)用的方法。

4) 經(jīng)過實踐，當(dāng)?shù)V體傾角變陡，布置連續(xù)人工柱時，采場地壓呈現(xiàn)規(guī)律不同于點柱和緩傾斜時的采場地壓顯現(xiàn)規(guī)律，前者地壓強度較小。

參考文獻：

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 安全評價(第3版)[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2005.

[2]西南有色地質(zhì)勘探公司三一O地質(zhì)隊,云南省鶴慶縣鶴慶錳礦小天井礦段地質(zhì)詳查報告[R]. 云南：大理，1989.

[3]冶金部馬鞍山礦山研究院, 鶴慶縣錳礦, 大理州礦冶開發(fā)研究所. 鶴慶縣錳礦人工柱錨桿房柱法和地壓活動規(guī)律研究報告[R]. 云南：大理，1992.

Ground Pressure Control Monitoring of Artificial Column

Anchor Room-and-pillar Method

YANG Shoujiang

(YunnanHeqingManganeseIndustryCo.,Ltd,Heqing,Yunnan671500,china)

Abstract:Based on the monitoring of stope roadway, you can make a research of ground pressure regularity of surrounding rock for the maintenance of roadway, including stope safety and GOB roof safety management to provide a reliable basis for the work. It introduces small patio artificial column anchor room-and-pillar method of Yunnan Heqing Manganese Industry Co ., Ltd in stope safety monitoring and control measures.

Key words:Extractive; Ground pressure; Monitoring

中圖分類號：TD173

文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.012

作者簡介：楊壽江(1964-)，男(白族)，云南大理人，工程師，研究方向：礦山測量，手機：13988567382，E-mail：yndlhqysj@163.com.

收稿日期：2014-10-11